ECU刷写流程之压缩刷写技术解析

背景

在现代汽车电子技术中，ECU（电子控制单元）的软件升级是一项关键任务。为了提高数据传输的效率和安全性，压缩刷写技术应运而生。通过数据压缩传输，我们可以有效地增加带宽利用率，减少刷写工具与ECU之间的数据传输量，从而显著缩短ECU升级时间。此外，为了加强数据的安全性和保密性，数据传输还可以进行加密处理。在ISO14229-1规范中，请求下载服务（SID=0x34）和请求文件传输服务（0x38）定义了数据可以基于压缩和加密的方式进行传输。本文以请求下载服务为例重点介绍数据压缩部分。

1.ISO14229-1：2020规范中定义请求下载服务（0x34）的请求报文格式

根据ISO14229-1：2020规范，请求下载服务（0x34）允许数据通过压缩和加密的方式进行传输。在该服务的请求报文格式中，”dataFormatIdentifier“是一个关键的参数，大小为1个字节，其中高四位（bit4-bit7）为参数”compressionMethod“，定义数据是否需要压缩, 其中低四位（bit0-bit3）为参数”encryptingMethod“，定义数据是否需要加密。若下载的数据既不需要压缩也不需要加密，则该参数值为0x00，若使用非0x00的值，则表示下载数据需要进行压缩、加密，或二者兼有。如”dataFormatIdentifier“此值为0x10，表示下载数据需要压缩不需要加密，如”dataFormatIdentifier“此值为0x11，表示下载数据需要压缩也需要加密。

值得注意的是，下载数据的压缩与加密需求并不影响参数”addressAndLengthFormatIdentifier

“和”memoryAddress“，但会影响”memorySize“参数，该参数定义了需要刷写数据的大小，这个大小将与通过TransferData（0x36）服务传输的数据大小进行比较。

当下载的数据是压缩数据时，由OEM来定义”memorySize“代表的是压缩数据的大小还是压缩前数据的大小。不同的定义对于刷写流程的实现代码也不相同。

若”memorySize“代表压缩数据的大小，那么当TransferData（0x36）服务将压缩数据传输完成后，ECU将根据“memorySize”参数来判断数据是否下载完成，ECU会比较传输的压缩数据与”memorySize“参数定义的数据大小是否一致，并相应地发送肯定或否定响应。

若”memorySize“代表非压缩数据的大小，那么TransferData（0x36）服务传输的压缩数据大小一般小于”memorySize“的值。这时ECU将接收到的压缩数据解压，并计算所有解压后数据大小的总和。在压缩数据传输完成后，ECU会比较解压后的数据大小与”memorySize“参数定义的数据大小是否一致，并相应地发送肯定或否定响应。

当然，对于”memorySize“代表压缩数据的大小还是非压缩数据大小，数据传输完成后ECU判断下载数据是否正确的方法各OEM定义也不尽相同。

2.压缩前后刷写文件比对

软件刷写是指将软件程序烧录或者通过UDS刷写传输到ECU芯片内存的特定地址段，然后ECU就会运行该软件程序，去实现其特有的功能。常用的ECU刷写文件格式有：.hex，.s19和.bin等。压缩刷写文件是通过特定的压缩算法制作而成。

压缩前：

刷写文件分3个逻辑块，各块起始地址、结束地址、长度为：

Block0：起始地址：0x80138020结束地址：0x801FFFDF 长度：0xC7FC0

Block1：起始地址：0x80300020结束地址：0x804FFFDF 长度：0x1FFFC0

Block2：起始地址：0xA0078020结束地址：0xA0137FFF 长度：0xBFFE0

压缩后：

压缩后刷写文件仍分3个逻辑块，各块起始地址、结束地址、长度为：

Block0：起始地址：0x80138020结束地址：0x8015E60E 长度：0x265EF

Block1：起始地址：0x80300020结束地址：0x80448DD7 长度：0x148DB8

Block2：起始地址：0xA0078020结束地址：0xA00AD0F6 长度：0x350D7

可以发现，压缩前后的刷写文件逻辑块数量未变化，起始地址未变化，各逻辑块的数据长度变小了，对应的结束地址也产生了变化。

每个逻辑块独立压缩：

对于压缩前刷写文件中分为多个逻辑块，在压缩之后的逻辑块数量未发生变化的情况可称之为“每个逻辑块独立压缩”。与之不同，也存在“整体压缩”的方式。

整体压缩：

压缩前：

刷写文件分3个逻辑块，各块起始地址、结束地址、长度为：

Block0：起始地址：0x8FC0060结束地址：0x9194FFF 长度：0x1D4FA0

Block1：起始地址：0x91C0000结束地址：0x91D9EBF 长度：0x19EC0

Block2：起始地址：0x9200000结束地址：0x9237FFF 长度：0x38000

压缩后：

压缩后刷写文件只有1个逻辑块，无起始地址。

对于“整体压缩方式”，刷写流程中内存擦除（EarseMemmory）服务和0x34（RequestDownload）服务中起始地址等信息由ECU供应商或者OEM定义。

3. 压缩刷写日志分析

非压缩刷写日志:

压缩刷写日志：

通过分析刷写日志，我们可以发现压缩刷写与非压缩刷写的主要区别在于：

1).请求下载服务（SID=0x34）指令参数（dataFormatIdentifier）不同。

非压缩：刷写工具发送：34 00 44 A0 07 80 00 00 10 00 01

压缩：刷写工具发送：34 10 44 A0 07 80 00 00 03 50 F7

其中10代表：使用压缩数据；00代表：使用非压缩数据。

2).请求下载服务（SID=0x34）指令参数（memorySize）不同。

非压缩刷写：刷写工具发送：34 00 44 A0 0780 00 00 10 00 01

压缩刷写：刷写工具发送：34 10 44 A0 0780 00 00 03 50 F7

非压缩刷写中请求下载服务（SID=0x34）中memorySize大小大于压缩刷写中的memorySize大小，如果最大块长度值一致，则对于后续数据传输服务（SID=0x36）的个数，压缩刷写则要小于非压缩刷写。

如日志中压缩刷写与非压缩刷写最大块长度值皆为0xFFF,可计算出：

非压缩刷写后续数据传输服务（SID=0x36）的个数为257个；

压缩刷写后续数据传输服务（SID=0x36）的个数为54个；

数据传输服务（SID=0x36）的个数越少，则所需数据传输的时间也就越少，这也就是压缩刷写可以提升刷写效率的主要原因。

总结

随着ECU软件功能的日益复杂，提高ECU软件升级效率变得尤为重要，Bootloader作为一项必不可少的功能软件，其高效的刷写方式是实现ECU软件更新的关键。目前，北汇信息已经完成压缩刷写测试方案的落地，期待与感兴趣的朋友进行交流合作。

参考文献：

【1】ISO14229-1：2020