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页码PageXCP入门教程1/221of222018第一章XCP协议首先使用在汽车“控制”相关的产品开发中，测量/校准阶段的通用协议“XCP”。像是汽车或一般工业设备的与“控制”相关的产品开发中，存在着被称为“校准”或“适配”、“匹配”的过程（图1）。在这个过程是将执行数字化控制的“电子控制单元（ECU：ElectronicControlUnit）”、作为控制对象的执行器（Actuator）等“控制装置（ControlDevice）”和用于获得控制指标的“传感器（Sensor）”处于连接状态，并优化整体控制以符合需求定义的工作。具体来说，像是为了优化而改变ECU中的控制乘数和控制因素参数，或者访问ECU以确认变更后的结果的工作。这里的访问ECU的协议被称为“测量/校准协议”。通过规定出作为访问侧的测量/校准工具和作为被访问侧的ECU之间的协议，即使是使用不同的微控制器或在不同的物理访问环境，也可以使用相同的协议进行测量/校准。本文中，在介绍测量/校准和说明校准协议的必要性的同时，也说明了用于测量和校准的通用协议“XCP（UniversalCalibrationProtocol）”的优点和协议内容。最后将介绍其趋势和在基于模型开发中的具体案例，以及在混合动力汽车(HV：HybridVehicle)和电动汽车(EV：ElectricVehicle)的开发中使用XCP的应用示例。本文的主角XCP是一种测量/校准工具和ECU软件之间的通信协议，可以访问要校准的参数和内部测量值。它也是一种通用协议，可以用在工具和软件之间的任何通信介质上，比如控制器局域网（CAN：ControllerAreaNetwork）、FlexRay和以太网等（图4）。页码PageXCP入门教程2/222of22实际上，只需在连接到车载网络的ECU中集成CCP驱动程序，就有了对支持CAN的ECU进行测量/校准的可能性。1.1什么是ASAM？CCP和XCP由名为“自动化与测量系统标准化协会（ASAM：AssociationforStandardizationofAutomationandMeasuringSystems）”的协会进行的标准化。ASAM正在规范汽车和工业设备相关的开发平台。另外，标准化的内容可以在ASAM网站上查看。CCP和XCP是由ASAM旗下的名为“汽车电子（AE：AutomotiveElectronics）”的工作组进行标准化，并被分配到“MCD”领域。名称MCD来源于“Measurement”、“Calibration”和“Diagnostic”的首字母。1.2ASAM中CCP/XCP的定位ASAM的标准规范文档的标准AE类别中，有称为“ASAMMCD-1XCP”的规范文档，这是XCP的标准文件。同样的，CCP是以“ASAMMCD-1CCP”的名义存在。图5显示了CCP/XCP在整个MCD标准中的位置。页码PageXCP入门教程3/223of22CCP/XCP是测量/校准系统的工具侧与ECU的通信协议，“ASAMMCD-2MC”是包含以下三种内容的数据库文件的标准。（1）CCP/XCP的通信设置信息使用CAN的情况下，CAN的波特率和消息ID等（2）测量值信息测定对象的地址、大小以及物理值变换系数等。（3）参数信息校准参数的地址、大小以及物理值变换系数等。也就是说，CCP/XCP是规定的协议本身，协议的设置和测量/校准的对象信息是在另外的数据库文件，工具基于数据库文件，使用CCP/XCP来访问ECU。※补充：图5中的“ASAMASAP3”是用于从外部来控制测量/校准系统的接口规范。1.3XCP的好处接下来，将介绍XCP的主要优点。（1）可以对所有ECU，进行统一的测量/校准XCP考虑了各个ECU中使用的微控制器的字节序（Endian）和可用的ROM/RAM容量的差异，即使网络的通信介质不同也可以使用相同的协议。这使得对所有的ECU，可以只使用XCP来做测量/校准。（2）测量/校准使用的是经过验证的协议XCP在CCP的实绩的基础上，包含对ECU进行测量/校准的需求规格。而且，所有的协议都发布在ASAM网站上，任何人都可以使用它。在某些情况下，一些工具制造商免费提供页码PageXCP入门教程4/224of22了在ECU侧运行的协议处理软件和驱动程序。（3）可以在ECU的运行中同步进行测量一般的ECU会以预定的控制周期重复执行，基于来自传感器等的外部信息或别的处理过程的输入进行处理，再输出到别的处理过程或外部装置；或者根据输入因素的现象，来触发特定处理过程。使用XCP，可以在这些过程中同步测量输入/输出的数据（图6）。如果仅需要进行测量/校准，那么使用车载网络上其它协议，例如用于车辆诊断的协议也是可以的，但是在校准过程中对控制的同步测量是不可或缺的。能够做这种对控制的同步测量，就是XCP的价值所在了。1.4各个XCP网络的示例XCP在不同网络上使用相同的协议，实际上每个网络的数据包结构等都是标准化的。这被称为“传输层标准”。以这个规则，将运行在其上的各个网络的名字前，附加上XCP。例如，在CAN上运行的XCP是“XCPonCAN”。最后，列举出XCP的网络示例（表2）。页码PageXCP入门教程5/225of22第二章XCP协议的通信的构造和功能接下来，将会说明“通用校准协议（XCP：UniversalCalibrationProtocol）”协议具体是如何通信的，以及XCP的功能和协议内容。2.1主从方式在XCP中，测量/校准的工具侧是“XCP主结点”，被测量的ECU侧是“XCP从结点”，采用所谓的“主从通信方式”。这种通信方式中，必定是从主结点发送命令来开始，从结点在接收到后，再向主结点发送应答，以这样的顺序进行通信。如图7所示，1个网络上主结点必定只有一个，而从结点可以有多个。图7：使用XCP的网络示例在这个情况下，主结点向每个从结点发送命令，并接收从结点返回的应答（图8）。图8：一主多从的通信示例页码PageXCP入门教程6/226of22通过这种通讯方式，车载网络上连接一个测量/校准工具（=XCP主结点）后，可以通过XCP协议访问作为测量对象的各个ECU（=XCP从结点）。2.2网络和传输方式在网络上，只要能区分“从主结点发送到从结点”和“从从结点发送到主结点”，这两种类型的通信，就能够使用XCP。在“XCPonCAN”的情况下，是通过用两个CANID，“从主结点发送到从结点的ID”和“从结点发送到主结点的ID”进行区分。在网络上使用区分的通信并传输一些内容时，XCP使用了三种传输模式（图9）。图9：XCP的传输模式对于传输模式而言，可以在主结点侧和从结点侧，分别决定使用哪种模式。例如，主结点为“块传输模式”，从结点为“标准模式”，这样的使用方式也是可行的。因此，尽管主结点的工具侧的性能强大，但是当从结点的ECU只能使用有限的资源时，也可以实现简化的传输模式。2.3CTO/DTO在XCP中，除了主结点和从结点之间的传输方向的差异之外，要传输的内容还被分为“与XCP本身的控制相关的通信”和“与数据相关的通信”两种类型，以及定义在每个网络上传输的报文的格式。作为对比，前者被称为“命令传送对象（CTO：CommandTransferObject）”，后者被称为“数据传送对象（DTO：DataTransferObject）”。2.3.1CTO：CommandTransferObject的缩写CTO是与XCP自身的控制命令和应答等相关的对象。控制命令从主结点发送，对命令的页码PageXCP入门教程7/227of22应答是从从结点发送。2.3.2DTO：DataTransferObject的缩写DTO是与同步从结点（ECU）获取数据测量结果以及进行数据变更相关联的对象。同步数据变更被称为“激励（Stimulation）”，但由于是测量/校准以外的功能，因此省略详细说明（详情请参照XCP标准文件）。图10展示了，从XCP标准文件的“Part21.1.1TheXCPPacketTypes”章节中，抽取的XCP主结点与从结点之间的CTO和DTO的关系。2.4报文格式和PID如上所述，CTO和DTO是不同报文格式（图11），可以分别设置主从设备的最大报文长度。MAX_CTO：CTO的最大报文长度（字节）MAX_DTO：DTO的最大报文长度（字节）页码PageXCP入门教程8/228of22图11：CTO和DTO的报文结构所有的XCP报文都在这个最大报文长度内，命令和响应等内容都在一个报文中完成的。而且在报文格式中，每个字段按两种类型分配给CTO和DTO报文。此外，报文的第一个字节是被称为“PID”的标识符，是被用来区分是怎样的报文。主结点对从结点进行XCP控制时使用“命令（CMD）”，此时的PID在“0xC0”到“0xFF”的范围内。从结点对这个命令返回肯定应答的情况下，使用“应答（RES）”，此时PID变为“0xFF”（图12）。图12：报文的标识符（PID）除了测量/校准的同步数据交换之外，所有其它的都是通过主结点发送命令，从结点将返回肯定应答来完成的。在此，以XCPonCAN为例来说明，其中主结点发送到从结点的CANID是“1”，从结点发送到主结点的CANID是“2”。在这种情况下，XCP通信按以下顺序执行。页码PageXCP入门教程9/229of22主结点发送的CANID为“1”，其中第一个字节指定为“0xFF”，第二个字节指定为“命令参数”。从结点接收第1行的连接命令，并通过PID识别该命令。从结点发送的CANID为“2”，其中第一个字节指定为“0xFF”，第二个字节开始指定为“应答值”。主结点接收第3行的应答命令。图13显示了实际通信的跟踪结果。第1行的“0xFF”是命令“CONNECT”，从而在主结点和从结点之间建立逻辑连接，并接收后续命令。2.5访问测量/校准对象XCP的测量/校准，是通过对ECU内部的软件的访问来实现的。具体而言，针对要测量/校准的对象的内存区间，通过指定对应的“XCP地址”的方式进行访问。XCP地址与普通的微控制器中的地址几乎相同，但XCP使用了32位的XCP地址和8位的扩展地址。也就是说，主结点对从结点的访问，可以有32+8=40位的地址空间。这个地址与XCP的实际ECU内存不需要完全匹配，其字节序（Endian）也可以针对每个从结点来选择。因此，在车载网络上可以连接到多个ECU，即使存在不同的地址空间（16位，32位），或者不同的地址字节序，主结点都可以经过适当处理，使得所有的都可以测量/校准。2.6异步测量XCP除了同步测量，还可以做异步测量。异步测量是使用主结点发送的命令，通过指定的XCP地址来提取从结点的ECU内部的数据，并通过从结点的应答将该数据传送给主结点，如此循环往复来实现的。为了取出数据，使用PID为“0xF4”的命令“SHORT_UPLOAD”。这个命令和应答的格式如下所述。SHORT_UPLOAD命令：CTO0字节位置，指定为PID“0xF4”CTO1字节位置，指定为取出字节数。最大为MAX_CTO–1字节页码PageXCP入门教程10/2210of22CTO2字节位置，保留字段CTO3字节位置，指定为要读出的8位扩展地址CTO4~7字节位置，指定为要读出的32位地址SHORT_UPLOAD应答：CTO0字节位置，指定为PID“0xFF”CTO1~MAX_CTO字节位置，指定为取出的数据图14是主结点使用“SHORT_UPLOAD”，在XCP扩展地址为“0”、XCP地址为“0x00124A5C”的位置，每100ms取出4字节的过程的跟踪结果。2.7同步测量在上述异步测量的情况下，主结点决定了测量时间。为了使测量与ECU的控制相匹配，有必要由ECU确定测量时机，并在数据取出来后由从结点发送到主结点。这种数据通信是通过DTO来完成的。主结点在进行同步测量之前，通过命令指定要取出的数据的XCP地址，从结点在等到同步测量开始命令后，使用DTO发送到主结点。因此，在同步测量的情况下，不是通过命令