CN110865822A - 整车控制器用Bootloader刷写程序的启动架构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种整车控制器用Bootloader刷写程序的启动架构及方法，该方法包括步骤1：整车控制器（5）系统复位并初始化；步骤2：需要外部恢复则执行步骤3，反之则执行步骤4；步骤3：外部恢复模块（3）读取外部恢复状态下的默认参数存储区（12）并写入刷写参数存储区（11），返回步骤1；步骤4：程序读取刷写参数存储区并获取刷写参数；步骤5：读取故障则执行步骤8，反之则执行步骤6；步骤6：进入程序刷写，同时写入新的刷写参数；步骤7：刷写成功则跳转到主函数入口，反之转至步骤9；步骤8：进入故障异常处理状态；步骤9：跳出故障并跳转到初始化。本发明能在程序刷写时更新刷写参数，满足刷写参数的灵活配置，并有故障容错功能。

Description

整车控制器用Bootloader刷写程序的启动架构及方法

技术领域

本发明涉及一种整车控制器用软件系统的架构及方法，尤其涉及一种整车控制器用Bootloader刷写程序的启动架构及方法。

背景技术

随着技术的发展，智能化的电子控制设备在汽车控制系统中的应用越来越广泛。Bootloader引导加载程序是嵌入式系统在加电后执行的第一段代码，在它完成CPU和相关硬件的初始化之后，再将操作系统映像或固化的嵌入式应用程序装在到存储器中然后跳转到操作系统所在的空间，启动操作系统运行，Bootloader在整车控制器等汽车电子控制器的启动和更新中应用已十分普及。

由于电子设备更新快，汽车控制系统软件需要定期更新以满足软件的正常使用及其功能扩展。现有技术的整车控制器在程序刷写时存在以下问题：

1、整车控制器通过CAN总线实现通讯，满足国际标准ISO11898的CAN总线网络，波特率一般选择500kbps；满足SAE1939标准的卡车和巴士用CAN总线网络，波特率一般选择250kbps。随着汽车电子控制系统不断增加，CAN网络中的节点越来越多，整个CAN网络也日趋复杂。不同车型用于整车控制器BootLoader刷写用的CAN ID也不同。常见的CAN波特率等参数设置成固定值的方式已经不能满足灵活配置的应用需求。

2、在软件程序刷写时可能发生断电、参数读取故障等异常状况，导致程序无法正常刷写甚至无法正常使用，软件更新耗时长、成功率低，影响汽车电子控制系统的使用体验。

发明内容

本发明的目的在于提供一种整车控制器用Bootloader刷写程序的启动架构及方法，能在Bootloader程序刷写的同时更新刷写参数，以满足刷写参数可灵活配置的要求，同时具有故障容错功能。

本发明是这样实现的：

一种整车控制器用Bootloader刷写程序的启动架构，包括存储区、故障异常处理模块、外部恢复模块和判断模块；Bootloader程序在整车控制器的非易失性存储器中设置存储区；故障异常处理模块用于在发生参数读取故障时控制程序回到默认状态；外部恢复模块用于在无法判断刷写参数时提供备用恢复刷写；判断模块用于判断外部恢复条件。

所述的存储区包括刷写参数存储区和默认参数存储区，刷写参数存储区用于存储程序刷写过程中需要配置或改变的参数，默认参数存储区用于存储默认配置的刷写参数。

所述的非易失性存储器为整车控制器的微控制器内部的非易失性存储器FLASH。

一种整车控制器用Bootloader刷写程序的启动方法，包括以下步骤：

步骤1：整车控制器系统复位并初始化Bootloader驱动程序；

步骤2：判断模块判断是否需要外部恢复，若是，则执行步骤3，若否，则执行步骤4；

步骤3：外部恢复模块读取外部恢复状态下的默认参数存储区并将读取到的刷写参数写入刷写参数存储区，再撤除外部恢复条件，并返回步骤1；

步骤4：Bootloader程序读取刷写参数存储区，并获取相关刷写参数；

步骤5：故障异常处理模块判断读取刷写参数存储区时是否存在读取故障，若否，则执行步骤6，若是，则执行步骤8；

步骤6：进入程序刷写流程，并在程序刷写的同时，将包括应用层设置的新刷写参数一同写入刷写参数存储区；

步骤7：判断是否刷写成功，若是，则跳转到主函数入口，刷写完成；若否，则转至步骤9；

步骤8：进入故障异常处理状态，故障异常处理模块将刷写参数存储区的刷写参数恢复为默认参数存储区的默认刷写参数；

步骤9：在故障恢复时间后通过软件复位或超时处理控制程序跳出故障，Bootloader刷写程序跳转到初始化。

所述的初始化Bootloader驱动程序包括初始化微控制器、系统时钟、外部IO、电源芯片，使能内部中断。

所述的外部恢复的条件是：

（i）高有效数字输入电路输出3路高有效数字信号至整车控制器；

（ii）低有效数字输入电路输出2路低有效数字信号至整车控制器；

（iii）PWM输入电路输出1路固定频率和占空比的PWM信号至整车控制器5；

当条件（i）、（ii）和（iii）同时满足时，满足外部恢复条件，进入外部恢复状态，执行步骤3。

在所述的步骤3中，Bootloader程序撤除外部恢复条件并在系统复位后，能通过外部恢复状态下的默认刷写参数进行程序刷写。

在所述的步骤5中，若在刷写参数存储区的刷写参数写入过程中整车控制器发生断电，刷写参数存储区会发生擦写故障，进而导致整车控制器在断电恢复后，Bootloader程序执行读取刷写参数存储区时发生读取故障。

在所述的步骤6中，还包括以下分步骤：

步骤6.1：包括应用层设置的新刷写参数的FLASH代码由CAN通信通过Bootloader程序存储到非易失性存储器；

步骤6.2：Bootloader程序将FLASH中包括应用层设置的新刷写参数的FLASH代码拷贝到整车控制器的随机存储器；

步骤6.3：整车控制器分配随机存储器作为映射程序数据区，将Bootloader程序跳转到随机存储器中函数BootApp的地址执行刷写。

在所述的步骤8中，故障恢复时间为1-3s。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明通过设置刷写参数存储区，可保存CAN波特率、CCP或UDS刷写协议的相关报文CAN ID等刷写参数，在应用程序更新时一起将刷写参数写入更新，从而满足CAN波特率、刷写CAN ID可灵活配置的要求。

2、本发明通过设置故障异常处理模块，可在超时处理或软件复位后控制程序执行跳出故障，无需硬件复位或断电操作，实现保留Bootloader程序故障容错功能。

3、本发明通过设置外部恢复模块，提供备用恢复刷写方式，可以处理无法判断整车控制器中刷写参数的情况，且外部恢复的误触发概率低，确保外部恢复不会被轻易触发。

本发明能使整车控制器运行Bootloader程序完成软件系统启动和程序更新刷写，并同时写入更新刷写参数，使刷写参数可灵活配置，从而满足汽车电子控制系统的功能化和扩容要求，同时具有故障容错功能。

附图说明

图1是本发明整车控制器用Bootloader刷写程序的启动架构的流程图；

图2是本发明整车控制器用Bootloader刷写程序的启动方法的架构图。

图中，1存储区，11刷写参数存储区，12默认参数存储区，2故障异常处理模块，3外部恢复模块，4判断模块，5整车控制器，51高有效数字输入电路，52低有效数字输入电路，53PWM输入电路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

请参见附图2，一种整车控制器用Bootloader刷写程序的启动架构，包括存储区1、故障异常处理模块2、外部恢复模块3和判断模块4；Bootloader程序在整车控制器5的非易失性存储器中设置存储区1；非易失性存储器（英语：non-volatile memory，缩写为NVM）是指当电流关掉后，所存储的数据不会消失的电脑存储器。非易失性存储器中，以存储器内的数据是否能在使用电脑时随时改写为标准，可分为二大类产品，即ROM和Flash memory。故障异常处理模块2用于在发生参数读取故障时控制程序回到默认状态，默认状态即初始化完成并跳转到Bootloader主函数入口的状态；外部恢复模块3用于在无法判断刷写参数时提供备用恢复刷写；判断模块4用于判断外部恢复条件。

所述的存储区1包括刷写参数存储区11和默认参数存储区12，刷写参数存储区11用于存储程序刷写过程中需要配置或改变的参数，如CAN波特率、CCP或UDS刷写协议的相关报文CAN ID等刷写参数，默认参数存储区12用于存储默认配置的CAN波特率、CCP或UDS刷写协议的相关报文CAN ID等刷写参数。

优选的，非易失性存储器可以是整车控制器5的微控制器（MCU）内部的FLASH（闪存），可以避免参数因断电而丢失，即使在刷写参数写入刷写参数存储区11的刷写参数时遇到故障，整车控制器5依然可以通过默认参数存储区12内存储的默认刷写参数支持重新编程，达到故障容错的目的。

请参见附图1，一种整车控制器用Bootloader刷写程序的启动方法，包括以下步骤：

步骤1：整车控制器5系统复位并初始化Bootloader驱动程序。

所述的初始化Bootloader驱动程序包括初始化微控制器、系统时钟、外部IO、电源芯片，使能内部中断等。内部中断是微控制器的一种程序执行机制，一般的，微控制器在正常执行程序过程中，遇到特定中断事件需要处理，暂时中断当前程序的执行，而转为该特定中断事件服务，待到服务完成，再返回程序断点继续执行原来的程序。因此，使能内部中断是指允许指定中断时间可以进行。

步骤2：判断模块4判断是否需要外部恢复，若是，则执行步骤3，若否，则执行步骤4。

外部恢复条件可根据整车控制器5的自身配置进行定义，如：采用整车控制器5本身具备的外部输入电路，即高有效数字输入电路、低有效数字输入电路、PWM输入电路等，向整车控制器5输入数字信号用于触发外部恢复判断，优选的，所述的外部恢复的条件是：

（i）高有效数字输入电路51输出3路高有效数字信号至整车控制器5；当高有效数字输入电路51的输入信号为高电平，高有效数字输入电路51输出到整车控制器5的信号为高电平，整车控制器5中微控制器判断输入为1，即高有效；而当高有效数字输入电路51的输入信号为低电平，高有效数字输入电路51输出到整车控制器5的信号为低电平，整车控制器5中微控制器判断输入为0。

（ii）低有效数字输入电路52输出2路低有效数字信号至整车控制器5；当低有效数字输入电路52的输入信号为低电平，低有效数字输入电路52输出到整车控制器5的信号为低电平，整车控制器5中微控制器判断输入为1，即低有效；而当低有效数字输入电路52的输入信号为高电平，低有效数字输入电路52输出到整车控制器5的信号为高电平，整车控制器5中微控制器判断输入为0。

（iii）PWM输入电路53输出1路固定频率和占空比的PWM（脉宽调制）信号至整车控制器5；

当条件（i）、（ii）和（iii）同时满足时，满足外部恢复条件，进入外部恢复状态，执行步骤3。采用三种不同的输入电路的输入信号的组合可有效避免外部恢复判断的误触发，从而确保不会轻易进入外部恢复状态并使用默认刷写参数进行程序刷写。

步骤3：外部恢复模块3读取外部恢复状态下的默认参数存储区12，并将读取到的刷写参数写入刷写参数存储区11，即包括应用层设置的刷写参数，通过函数BootApp的执行刷写到刷写参数存储区11，再撤除外部恢复条件，并返回步骤1。

在所述的步骤3中，Bootloader程序撤除外部恢复条件并在系统复位后，能通过外部恢复状态下的默认刷写参数进行程序刷写。

步骤4：Bootloader程序读取刷写参数存储区11，并获取相关刷写参数。

步骤5：故障异常处理模块2判断读取刷写参数存储区11时是否存在读取故障，若否，则执行步骤6，若是，则执行步骤8。

若在刷写参数存储区11的刷写参数写入过程中整车控制器5发生断电，刷写参数存储区11可能会发生擦写故障，进而导致整车控制器5在断电恢复后，Bootloader程序执行读取刷写参数存储区11时发生读取故障。

步骤6：进入程序刷写流程，并在程序刷写的同时，将包括应用层设置的刷写参数一同写入刷写参数存储区11，从而满足CAN波特率、刷写CAN ID等参数可灵活配置的要求。非易失性存储器FLASH和随机存储器RAM都为整车控制器5处理芯片上的存储器，由于随机存储器RAM的读写速度要比非易失性存储器FLASH快，因此，程序刷写机制优选为：

步骤6.1：包括应用层设置的刷写参数的FLASH代码（一般指hex或者s19文件）由CAN通信通过Bootloader程序存储到非易失性存储器FLASH。

步骤6.2：Bootloader程序将FLASH中包括应用层设置的刷写参数的FLASH代码（一般指hex或者s19文件）拷贝到整车控制器5的随机存储器RAM。

步骤6.3：整车控制器5分配随机存储器RAM作为映射程序数据区，将Bootloader程序跳转到随机存储器RAM中函数BootApp的地址执行刷写。

步骤7：判断是否刷写成功，由刷写程序中自带的判断机制完成；若是，则跳转到主函数入口，刷写完成；若否，如：在刷写过程中发生断电，刷写失败，转至步骤9，实现故障容错功能。

步骤8：进入故障异常处理状态，故障异常处理模块2将刷写参数存储区11的刷写参数恢复为默认参数存储区12的默认刷写参数。

步骤9：在故障恢复时间后通过软件复位或超时处理控制程序跳出故障，Bootloader刷写程序跳转到初始化，即可回到默认状态，而无需硬件复位或断电操作。

一般的，故障恢复时间可根据一般网络管理时间自行决定，故障恢复时间一般为1-3s，优选为2s。超时处理控制程序的超时处理时间可根据故障恢复时间的要求确定。

实施例1：

S1：整车控制器5系统复位并初始化Bootloader驱动程序，包括初始化微控制器、系统时钟、外部IO、电源芯片，使能内部中断，Bootloader驱动刷写程序等。

S2：高有效数字输入电路输出3路高有效数字信号至整车控制器5，低有效数字输入电路输出1路低有效数字信号至整车控制器5，PWM输入电路输出1路固定频率和占空比的PWM信号至整车控制器5，判断模块4判断不需要外部恢复。

S3：Bootloader程序读取刷写参数存储区11，并获取相关刷写参数。

S4：故障异常处理模块2判断无读取故障。

S5：进入程序刷写流程，并在程序刷写的同时，将包括应用程序配置的刷写参数一同写入刷写参数存储区11，从而满足CAN波特率、刷写CAN ID等参数可灵活配置的要求。

S6：刷写成功，Bootloader刷写程序跳转到主函数入口。

实施例2：

S1：整车控制器5系统复位并初始化Bootloader驱动程序，包括初始化微控制器、系统时钟、外部IO、电源芯片，使能内部中断，Bootloader驱动刷写程序等。

S2：高有效数字输入电路输出3路高有效数字信号至整车控制器5，低有效数字输入电路输出2路低有效数字信号至整车控制器5，PWM输入电路输出1路固定频率和占空比的PWM信号至整车控制器5，判断模块4判断需要外部恢复。

S3：外部恢复模块3读取外部恢复状态下的默认参数存储区12并更新刷写参数存储区11，再撤除外部恢复条件，并返回步骤1，系统复位，Bootloader刷写程序跳转到初始化。

实施例3：

S1：整车控制器5系统复位并初始化Bootloader驱动程序，包括初始化微控制器、系统时钟、外部IO、电源芯片，使能内部中断，Bootloader驱动刷写程序等。

S2：高有效数字输入电路输出2路高有效数字信号至整车控制器5，低有效数字输入电路输出2路低有效数字信号至整车控制器5，PWM输入电路输出1路固定频率和占空比的PWM信号至整车控制器5，判断模块4判断不需要外部恢复。

S3：Bootloader程序读取刷写参数存储区11，并获取相关刷写参数。

S4：故障异常处理模块2判断存在读取故障。

S5：进入故障异常处理状态，故障异常处理模块2将刷写参数存储区11的刷写参数恢复为默认参数存储区12的默认刷写参数，并在2s的故障恢复时间后通过软件复位跳出故障。

S6：软件复位，Bootloader刷写程序跳转到初始化。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种整车控制器用Bootloader刷写程序的启动架构，其特征是：包括存储区（1）、故障异常处理模块（2）、外部恢复模块（3）和判断模块（4）；Bootloader程序在整车控制器（5）的非易失性存储器中设置存储区（1）；故障异常处理模块（2）用于在发生参数读取故障时控制程序回到默认状态；外部恢复模块（3）用于在无法判断刷写参数时提供备用恢复刷写；判断模块（4）用于判断外部恢复条件。

2.根据权利要求1所述的整车控制器用Bootloader刷写程序的启动架构，其特征是：所述的存储区（1）包括刷写参数存储区（11）和默认参数存储区（12），刷写参数存储区（11）用于存储程序刷写过程中需要配置或改变的参数，默认参数存储区（12）用于存储默认配置的刷写参数。

3.根据权利要求1所述的整车控制器用Bootloader刷写程序的启动架构，其特征是：所述的非易失性存储器为整车控制器（5）的微控制器内部的非易失性存储器FLASH。

4.一种采用权利要求1所述的整车控制器用Bootloader刷写程序的启动架构的启动方法，其特征是：该方法包括以下步骤：

步骤1：整车控制器（5）系统复位并初始化Bootloader驱动程序；

步骤2：判断模块（4）判断是否需要外部恢复，若是，则执行步骤3，若否，则执行步骤4；

步骤3：外部恢复模块（3）读取外部恢复状态下的默认参数存储区（12）并将读取到的刷写参数写入刷写参数存储区（11），再撤除外部恢复条件，并返回步骤1；

步骤4：Bootloader程序读取刷写参数存储区（11），并获取相关刷写参数；

步骤5：故障异常处理模块（2）判断读取刷写参数存储区（11）时是否存在读取故障，若否，则执行步骤6，若是，则执行步骤8；

步骤6：进入程序刷写流程，并在程序刷写的同时，将包括应用层设置的新刷写参数一同写入刷写参数存储区（11）；

步骤7：判断是否刷写成功，若是，则跳转到主函数入口，刷写完成；若否，则转至步骤9；

步骤8：进入故障异常处理状态，故障异常处理模块（2）将刷写参数存储区（11）的刷写参数恢复为默认参数存储区（12）的默认刷写参数；

步骤9：在故障恢复时间后通过软件复位或超时处理控制程序跳出故障，Bootloader刷写程序跳转到初始化。

5.根据权利要求4所述的整车控制器用Bootloader刷写程序的启动方法，其特征是：所述的初始化Bootloader驱动程序包括初始化微控制器、系统时钟、外部IO、电源芯片，使能内部中断。

6.根据权利要求4所述的整车控制器用Bootloader刷写程序的启动方法，其特征是：所述的外部恢复的条件是：

（i）高有效数字输入电路（51）输出3路高有效数字信号至整车控制器（5）；

（ii）低有效数字输入电路（52）输出2路低有效数字信号至整车控制器（5）；

（iii）PWM输入电路（53）输出1路固定频率和占空比的PWM信号至整车控制器（5）；

当条件（i）、（ii）和（iii）同时满足时，满足外部恢复条件，进入外部恢复状态，执行步骤3。

7.根据权利要求4所述的整车控制器用Bootloader刷写程序的启动方法，其特征是：在所述的步骤3中，Bootloader程序撤除外部恢复条件并在系统复位后，能通过外部恢复状态下的默认刷写参数进行程序刷写。

8.根据权利要求4所述的整车控制器用Bootloader刷写程序的启动方法，其特征是：在所述的步骤5中，若在刷写参数存储区（11）的刷写参数写入过程中整车控制器（5）发生断电，刷写参数存储区（11）会发生擦写故障，进而导致整车控制器（5）在断电恢复后，Bootloader程序执行读取刷写参数存储区（11）时发生读取故障。

9.根据权利要求4所述的整车控制器用Bootloader刷写程序的启动方法，其特征是：在所述的步骤6中，还包括以下分步骤：

步骤6.1：包括应用层设置的刷写参数的FLASH代码由CAN通信通过Bootloader程序存储到非易失性存储器；

步骤6.2：Bootloader程序将FLASH中包括应用层设置的新刷写参数的FLASH代码拷贝到整车控制器（5）的随机存储器；

步骤6.3：整车控制器（5）分配随机存储器作为映射程序数据区，将Bootloader程序跳转到随机存储器中函数BootApp的地址执行刷写。

10.根据权利要求4所述的整车控制器用Bootloader刷写程序的启动方法，其特征是：在所述的步骤8中，故障恢复时间为1-3s。

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