小猫爪：嵌入式小知识15-XCP基础简介

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1 前言
2 XCP的由来
3 XCP基础简介
- 3.1 XCP的协议组成
- 3.2 XCP的通信模式
- - 3.2.1 Standard communication model
  - 3.2.2 Block Transfer communication model
  - 3.2.3 Interleaved communication model
- 3.3 XCP帧格式
- 3.4 XCP的专业术语
- - 3.4.1 Synchronous Data Transfer
  - 3.4.2 Online Calibration
  - 3.4.3 Flash programming
END

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小猫爪：嵌入式小知识15-XCP基础简介
小猫爪：嵌入式小知识16-XCP协议简介
小猫爪：嵌入式小知识17-XCP on CAN简介

1 前言

好久没有更新了，这一期来说说刚刚领悟的新技能，那就是XCP，嘿嘿嘿，我是新手，有错勿喷。参考资料：XCP协议规范2003。

2 XCP的由来

XCP：Universal Calibration Protocol，通用标定协议，主要用于直接在软件上更改某些参数。那么这个XCP是为了解决什么什么问题呢?

XCP的爸爸是CCP，它由CCP发展变化而来，而CCP就是CAN标定协议，CCP是针对CAN总线来定的协议，后来由于通信形式和系统的多样化和复杂化，XCP就被搞出来了，而那个X就是****的意思，它可以是CAN，Ethernet，FlexRay，USB，SPI，LIN等等等，非严格意义上来讲，它可以在任何通信协议存活，But，嘿嘿，需要你的努力适配。

XCP的应用场景最重要的就是调参数！如果你是工科出生，那一定知道大名鼎鼎的PID算法，就PID那三个参数调起来都能要了你半条命，想想当年学生时代调PID参数，改个参数，然后编译下载然后运行看效果，我改我编，我再改我再编，熟练的让人心疼。这才3个参数就让人恶心，更别说那种复杂的系统，动不动就几百个参数，而XCP就是针对这种场景，它可以在线更改参数，实时观察结果变化，这样就可以非常的便捷的凑出一组宇宙无敌适合的参数。

为了实现这种实时改变参数的功能，XCP将操作对象放在了参数的地址上，在MCU的世界中，一切皆地址，那些重要的参数都有一个独立的运行地址，XCP协议就是根据运行地址直接找到并修改参数的值，通过这种方法，就可以让用户快速实现标定，这简直是又Low又夸张。

这个时候有些小朋友就要问了，如果是这样的话，那我也能整出一个类似的协议，阁下该如何应对？XCP最牛逼的地方不在它的协议上，而是在它发展到如今的上位机生态，现在很多常用的XCP上位机的功能非常强大，最具代表性的还是Vector(维克多)的CANape，还有ETAS(一坨屎)的INCA，这些上位机不仅可以实现测量量和标定量的图形化，还可以使用各种脚本来实现数据分析，那简直把标定玩出一朵花出来了，我觉得就没有CANape标定不了的系统，如果有，那就是你的系统很烂。

3 XCP基础简介

XCP的功能有：随机读取ECU中RAM和ROM数据；测量数据采样；标定数据采样和传输；同时处理多个ECU系统；Flash编程技术。
其工作模式也是非常常见的主从通信模式，XCP协议中，主节点为XCP上位机，被测量点又称“XCP从节点；主结点发送命令连接并开始，从结点在接收到后，再向主结点发送应答，可以采用一主多从的通信形式。提到主从模式，那就来到了我们所熟知的，协议命令环节。

3.1 XCP的协议组成

XCP协议组成如下：
在这里插入图片描述
其通信包按照功能分成CTO(Command Transfer Object)和DTO(Data Transfer Object)，CTO中分别有Command，Response，Error，Event，Service Request；DTO中有Data Acquisition和Stimulation Data，从名字中其实就可以看出来CTO和DTO的功能用途，一个是用来进行XCP控制，一个则用来进行数据传输。

其中CMD包为主节点发送给从节点，从节点需要立即回复RES包或者ERR包，而其他类型包则为自主发送包，主从节点满足条件时则可自发发送，不属于那种传统意义上的一问一答制通信，但是这些自主发送包都是受主节点控制的，也就是说这些自主包发送之前，主节点必须要发送CMD进行相关的操作配置。

至于上面的各种包有什么作用，现在不用关心，后面会一一说明。

3.2 XCP的通信模式

XCP的通信模式有三种分别是Standard communication model， Block Transfer communication model， Interleaved communication model。在CAN上的XCP为标准模式和块传输模式。

3.2.1 Standard communication model

标准模式如下图所示：
在这里插入图片描述

3.2.2 Block Transfer communication model

块传输模式如下图所示：
在这里插入图片描述

3.2.3 Interleaved communication model

交错模式如下图所示：
在这里插入图片描述

3.3 XCP帧格式

XCP帧格式如下：
在这里插入图片描述
在CAN上的XCP来说，XCP Header和XCP Tail是不需要的，然后上面的格式又要根据是CTO和DTO又要进行一点点变化，对于CTO来说，帧结构则变成了：

其中Identification Field只有PID，没有Timestamp Field，剩下就是Data Field。其中PID为Packet IDentifier，其中所代表的内容是CTO Packet Code，可以根据其判断出CTO的类型，长度固定为1个字节，而DATA则是根据不同的PID而变化了。

对于DTO来说，帧结构则变成了：
在这里插入图片描述
DTO的格式就比较随意多变了，它会根据不同的PID进行变化。
首先来看看Identification Field，可以根据PID来判断帧的DTO类型，其中包含的信息为Absolute ODT Number或者Relative ODT Number，长度固定一个字节，如果PID包含的信息为Relative ODT Number，那么则需要DAQ参数，DAQ则包含了Absolute DAQ list Number（这些名词后面会解释）。如果XCP有字节对齐要求，则还需要添加一个FILL来进行字节对齐。
Timestamp区域在DTO中是可选的，主节点可通过SET_DAQ_LIST_MODE命令来开启和关闭TS，如果从节点的TIMESTAMP_FIXED flag为1（主节点可通过GET_DAQ_RESOLUTION_INFO获取），则代表主节点不可以设置TS，TS的长度可以是1，2，4字节。

3.4 XCP的专业术语

在学习XCP之前，一定要搞清楚其中几个非常重要的定义，这是入门的基础，理解的越透彻，XCP学习的越快。

3.4.1 Synchronous Data Transfer

同步数据传输，也有的叫它同步数据测量，主要功能其实就是完成大量数据的读写。
(1) Element，ODT_Enrey和ODT
上面在介绍XCP的时候，提到过XCP的操作对象是数据地址，而在XCP中，这样一个数据则被称为一个Element元素。

而描述Element信息的描述被称为ODT_Entry。它是XCP的基本数据操作单元，其中包含了Element的地址，扩展地址，大小，所在位以及位偏移。XCP其实也就是根据ODT_Entry来去进行数据的读写，有没有发现XCP突然也变得非常可爱和简单啊。而这几个参数则就需要去了解一下了：
1. ADDRESS_GRANULARITY：表示数据整合方式，即BYTE, WORD, DWORD，也就是1，2，4。
2. GRANULARITY_ODT_ENTRY_SIZE_x：表示数据对齐方式，可以是1，2，4，8。所以Element的地址和大小必须可以被其整除。而它也必须可以被ADDRESS_GRANULARITY整除。
3. MAX_ODT_ENTRY_SIZE_x：表示Element的最大长度
4. ODT_ENTRY_NUMBER：是ODT_Enrey的编号，即索引。

很多个ODT_Enrey就可以组成的一个ODT，然后通过ODT_ENTRY_NUMBER去索引到每一个Element。对于ODT也有几个参数需要了解一下：
1. MAX_ODT_ENTRIES：ODT所能容纳的最大ODT_Entry数量。
2. ODT_NUMBER：是ODT的编号，即索引。

所以Element，ODT_Enrey和ODT这三者的关系如下图所示：
在这里插入图片描述
(2) DAQ-list
很多个ODT就组成了一个DAQ-list，然后通过ODT_NUMBER去索引到每一个ODT。所以ODT和DAQ-list的关系如下图所示：

从节点可预定义DAQ-list，也就是ECU固有的，而主节点也可以动态定义DAQ-list。DAQ-list分为静态DAQ-list和动态DAQ-list两种，静态DAQ-list表示其所包含的ODT数量一定，而动态DAQ-list则就表示其包含的ODT数量可以变化，其起始值为0。下面有几个参数需要了解：

1. MAX_ODT：表示一个DAQ-list包含的ODT数量，静态DAQ-list不变，动态DAQ-list可变。
2. MAX_DAQ：表示从节点所能支持的最大的DAQ-list数量。
3. MIN_DAQ：表示从节点的预定义的DAQ-list数量。
4. DAQ_COUNT：表示主节点动态定义的DAQ-list数量。

(3) Event channels
上面介绍了DAQ-list，如果主从节点需要周期性的采样和传输一个DAQ-list中所有Element，那么就需要一个周期性事件来激活这个DAQ-list的采样和传输，而这个用来触发DAQ-list的事件在XCP中被称为Event channels，一个DAQ-list对应一个Event channel，同一个时间可激活多个DAQ-list。

从节点需要在本地事先定义好Event channels，然后主节点需要发送CMD将相关的DAQ-list和Event channels绑定，这样当从节点的Event channels发生时就会激活绑定的DAQ-list，这就完成了对DAQ-list中的所有Element完成采样和传输。这个流程其实就是上面提到的DTO包中的DAQ，也被称为同步测量。

(4) DAQ和STIM
DAQ(Synchronous data acquisition)的工作流程在上面已详细说明，当Event channels发生时就会激活其绑定的DAQ-list，然后从节点就会去对其所包含的所有Element进行采样并且将其使用DTO包传输给主节点。

STIM的流程则恰恰与DAQ相反，DAQ是读取Element数据，而STIM是主节点向从节点写Element数据，也是非常的好理解。

3.4.2 Online Calibration

Online Calibration，在线标定是XCP的核心功能，就是完成相关参数的校准。

(1) SECTOR, SEGMENT和PAG
下图显示了SECTOR, SEGMENT和PAG三者的关系：
在这里插入图片描述
其中SECTOR指的是ECU中的物理SECTOR，即RAM和FLASH的物理存储空间。SEGMENT则是XCP定义的逻辑映射空间，而一个SEGMENT则至少有一个或多个PAGE，每个PAGE中的内容是一样的，同一时间只有一个PAGE可以被ECU访问，同一时间只有一个PAGE可以被主节点访问，这两个激活的PAGE是单独管理的，这样多PAGE管理模式是为了避免一个PAGE同时被XCP和ECU访问的数据同步问题。在定义SEGMENT时，可以定义它的地址，大小以及访问权限。当XCP访问相关地址数据时，这个数据必须符合SEGMENT定义。

主节点可通过GET_CAL_PAGE命令CMD读取当前能被XCP访问的PAGE以及能被ECU访问的PAGE，通过SET_CAL_PAGE命令CMD设置能被XCP访问和能被ECU访问的PAGE。主节点还可通过COPY_CAL_PAGE命令CMD进行一个SEGMENT的两个PAGE的拷贝。

3.4.3 Flash programming

XCP除了标定之外，还有一个非常重要的功能就是Flash programming了，XCP FLASH变成的大致流程如下：
在这里插入图片描述
然后Flash programming分成两种，分别是绝对地址访问模式和相对地址访问模式。
(1) Absolute Access Mode
Absolute Access Mode其实就是根据实际物理地址进行数据的下载，即access by address。流程如下图所示：
在这里插入图片描述
上图中的MTA为Memory Transfer Address，ECU获取到MTA后直接就将其应用到FLASH的物理地址，然后进行接下来的编程操作。这个模式一般应用下载一些PAR数据，进行小数据量的FLASH读写。

(2) Functional Access Mode
Functional Access Mode就是不需要啥地址，那它需要啥呢？其流程如下图所示：
在这里插入图片描述
首先其起始编程地址由PROGRAMM_CLEAR决定，然后呢，ECU里面有个Counter，每进行一次下载，那么这个counter就会累加，然后ECU每次会根据这个counter去计算每次的下载绝对物理地址，这样就可以慢慢的将每一次写的Block写到正确的地址处。这种下载模式通常应用于下载很大的软件镜像。