CN112214229B - 一种基于usb通信的车辆多控制器软件升级的系统、方法和车辆 - Google Patents

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Abstract

本专利公开了一种基于USB通信的车辆多控制器软件升级的系统、方法和车辆。专利中设计了一种USB集线器，将1个USB端口分成多个USB端口，用于连接USB主设备和多个USB从设备。当某个USB从设备需要进行软件升级时，USB主设备通过CAN总线控制该USB从设备的USB端口处于使能状态，其余USB从设备USB端口处于禁用状态，从而建立USB主设备与该USB从设备的USB通信通道，完成该USB从设备升级软件的传输和下载，升级软件下载完成后进行控制器软件的升级。本专利原理及结构简单，不消耗车辆额外的电能；USB主设备、从设备通信时，不会产生数据延时，且能够充分利用USB主设备的传输速率，提高软件升级的效率。

Description

一种基于USB通信的车辆多控制器软件升级的系统、方法和 车辆
技术领域
本发明属于汽车电子电器零部件技术领域，具体公开了一种基于USB通信的车辆多控制器软件升级的系统、方法和车辆。
背景技术
随着汽车电子及控制技术的发展，汽车上的控制器越来越多，控制器软件的复杂度也越来越高，在开发过程中甚至售后经常需要对多个控制器的软件进行升级；而且，控制器升级软件的容量越来越大，少则几十兆字节,多则上百兆字节。传统的CAN通信，因带宽最高1M/秒，已经不能满足车辆控制器软件升级的带宽需求。一个可行的做法是通过USB方式进行软件升级。通过USB方式对车辆上的多个控制器进行软件升级时，不仅升级的每个控制器需要具备USB端口，而且需要车辆上的某个控制器作为USB主设备，能够与多个USB从设备建立通信通道，如图一所示。这种主从关系的USB通信方式，由于受USB主设备内部芯片USB接口数量的限值，不可能与每个USB从设备建立一对一的USB通信通道，因此需要在主从USB设备之间增加USB集线器。这种USB集线器内部有处理器，将1个USB端口扩展成多个USB端口，还集成有USB通信协议及软件，实现USB主设备与多个USB从设备的通信。可以看出，这种USB主从设备的系统架构，由于需要增加单独的USB集线器，系统原理及构成较复杂，成本较高。
发明内容
针对背景技术中的技术问题，本发明公开了一种基于USB通信的车辆多控制器软件升级的系统及方法。该系统和方法，不仅原理及结构简单，不消耗车辆额外的电能；USB主设备、从设备通信时，不会产生数据延时，且能够充分利用USB主设备的传输速率，提高软件升级的效率。本专利中USB从设备的数量不受限制，电气架构灵活，USB从设备扩展能力好，适用于车辆上多个控制器的软件升级。
在本发明的一种优选实施方案中，USB主设备利用CAN总线控制USB从设备的USB端口处于使能状态或禁用状态，实现USB主设备、USB从设备之间USB通道的启用或禁用。
在本发明的一种优选实施方案中，所述USB主设备中集成有USB从设备软件升级程序，所述USB从设备软件升级程序包括CAN总线控制程序、USB端口数据传输程序。
在本发明的一种优选实施方案中，所述USB从设备中集成有USB从设备软件升级程序，所述USB从设备软件升级程序包括CAN总线控制程序、USB端口数据传输程序。
在本发明的一种优选实施方案中，具体步骤包括，步骤1，各个USB从设备不需要软件升级时，USB主设备通过CAN总线禁用各个USB从设备的USB端口；步骤2，当USB主设备判断某一USB从设备需要进行软件升级时，通过CAN总线向该USB从设备发送报文，请求该USB从设备使能USB端口；步骤3，当USB从设备从CAN总线接收到步骤2中的报文后，立即使能该USB从设备的USB端口，并通过CAN总线向USB主设备发送USB端口使能状态、具备升级条件的报文；步骤4，当USB主设备在接收到步骤3中的报文后，USB主设备与该USB从设备建立USB通信通道，USB主设备开始传输升级软件，USB从设备接收升级软件并完成软件升级；步骤5，当USB主设备的软件传输任务完成后，USB主设备通过CAN总线向该USB从设备发送报文，请求该USB从设备禁用USB端口；步骤6，当USB从设备接收到步骤5的CAN报文后，禁用USB端口。
本发明还公开了一种基于USB通信的车辆多控制器软件升级系统，包括USB主设备和多个USB从设备，其特征在于：还包括能够将1个USB端口分成多个USB端口的USB集线器，所述USB主设备和所述USB从设备均与所述USB集线器USB端口连接，所述USB主设备与所述USB从设备均与所述CAN总线通讯连接。
在本发明的一种优选实施方案中，所述USB集线器包括一个主端口和多个从端口，所述USB主设备与所述主端口连接，所述USB从设备与所述从端口连接。
在本发明的一种优选实施方案中，所述USB集线器的每个从端口通过电源线VCC、地线GND、数据线D+和数据线D-与主端口连接。
在本发明的一种优选实施方案中，所述USB主设备通过USB线束与所述USB集线器连接，所述USB从设备通过USB线束与所述USB集线器连接。
本发明还公开了一种车辆，其包括基于USB通信的车辆多控制器软件升级系统。
本发明的有益效果是：本发明结构简单、使用方便，在不增加多余外设备的情况下实现了车载设备的高效便捷的升级，极大的提高了车辆多控制器软件升级的效率。本发明的USB集线器，将1个USB端口分成多个USB端口，用于连接USB主设备和多个USB从设备。当某个USB从设备需要进行软件升级时，USB主设备通过CAN总线控制该USB从设备的USB端口处于使能状态，其余USB从设备USB端口处于禁用状态，从而建立USB主设备与该USB从设备的USB通信通道，完成该USB从设备升级软件的传输和下载，升级软件下载完成后进行控制器软件的升级。同样方法，USB主设备也可以与其他USB从设备分时段建立USB通信通道，完成后升级软件的传输、下载和升级，从而实现多个USB从设备的软件升级。进一步的，本发明原理及结构简单，不消耗车辆额外的电能；进一步的，本发明USB主设备、从设备通信时，不会产生数据延时，且能够充分利用USB主设备的传输速率，提高软件升级的效率；进一步的，本发明USB从设备的数量不受限制，多控制器软件升级方法简单，成本低廉，电气架构灵活，适用于车辆上多个控制器的软件升级，具有较强的应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明实施中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中基于USB通信的多控制器软件升级的方法示意图；
图2是本发明一种基于USB通信的车辆多控制器软件升级的系统示意图；
图3是本发明一种基于USB通信的车辆多控制器软件升级的方法示意图。
具体实施方式
下面通过图2～图3以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
针对背景技术的问题，本专利设计了一个USB集线器，将1个USB端口分成多个USB端口，且该USB集线器内无处理器、无USB通信协议及软件，系统构成及原理如图2。该USB集线器的1个USB端口与USB主设备相连，其余USB端口分别与USB从设备相连。当某个USB从设备需要进行软件升级时，USB主设备通过CAN总线控制该USB从设备的USB端口处于使能状态，其余USB从设备的USB端口处于禁用状态，从而建立USB主设备与该USB从设备的USB通信通道。同样方法，USB主设备也可以与其他USB从设备分时段建立USB通信通道，从而满足多个USB从设备的软件升级的需求。本专利涉及的基于USB通信的多控制器软件升级方法，采用车辆已有的CAN总线控制USB从设备的使能和禁用状态，通过USB通信方式进行软件程序的传输，USB从设备的数量不受限制，原理及方法简单，成本低廉，系统灵活，扩展能力强。
本发明公开了一种基于USB通信的车辆多控制器软件升级方法，建立USB主设备和N个USB从设备之间的N条USB通讯通道，N≥2；当任意一个待升级USB从设备升级时，USB主设备通过CAN总线控制该待升级的USB从设备的USB端口处于使能状态、其余USB从设备的USB端口处于禁用状态，从而建立USB主设备与该USB从设备的USB通信通道，完成该USB从设备的升级软件的传输和升级。
优选地，USB主设备利用CAN总线控制USB从设备的USB端口处于使能状态或禁用状态，实现USB从设备的与USB主设备之间USB通道的建立和断开。
优选地，所述USB主设备中集成有USB从设备软件升级程序，所述USB从设备软件升级程序包括CAN总线控制程序、USB端口数据传输程序。
优选地，所述USB从设备中集成有USB从设备软件升级程序，所述USB从设备软件升级程序包括CAN总线控制程序、USB端口数据传输程序。
优选地，具体步骤包括，步骤1，各个USB从设备不需要软件升级时，USB主设备禁用各个USB从设备的USB端口；步骤2，当USB主设备判断某一USB从设备需要进行软件升级时，通过CAN总线向该USB从设备发送报文，请求该USB从设备使能USB端口；步骤3，当USB从设备从CAN总线接收到步骤2中的报文后，立即使能该USB从设备的USB端口，并通过CAN总线向USB主设备发送USB端口使能状态、具备升级条件的报文；步骤4，当USB主设备在接收到步骤3中的报文后，USB主设备与该USB从设备建立USB通信通道，USB主设备开始传输升级软件，USB从设备接收升级软件并完成软件升级；步骤5，当USB主设备的软件传输任务完成后，USB主设备通过CAN总线向该USB从设备发送报文，请求该USB从设备禁用USB端口；步骤6，当USB从设备接收到步骤5的CAN报文后，禁用USB端口。
本发明还公开了一种基于USB通信的车辆多控制器软件升级系统，包括USB主设备和多个USB从设备，其特征在于：还包括能够将1个USB端口分成多个USB端口的USB集线器，所述USB主设备和所述USB从设备均与所述USB集线器USB端口连接，所述USB主设备与所述USB从设备均与所述CAN总线连接。
优选地，所述USB集线器包括一个主端口和多个从端口，所述USB主设备与所述主端口连接，所述USB从设备与所述从端口连接。
优选地，所述USB集线器中每个从端口通过电源线VCC、地线GND、数据线D+和数据线D-与主端口连接。
本发明还公开了一种车辆，其包括基于USB通信的车辆多控制器软件升级系统。
下面结合附图2和3对本发明的一种实施例做出进一步的解释：
本发明由USB主设备(通常选择车载信息娱乐控制器作为USB主设备)、1个或者多个USB从设备(如仪表显示单元、360全景影像控制器、自动泊车控制器、ADAS域控制器、驾驶员监测控制器等设备)、USB集线器、USB线束、CAN总线及集成在USB主设备、USB从设备中的软件升级程序两部分组成。
1.USB主设备
USB主设备具备1个USB端口，该USB端口满足USB规范，如USB2.0、USB3.0等规范，且与USB从设备的USB端口兼容。USB主设备可以通过SD卡接口、Wifi模块、车载以太网端口、移动网络、其他的USB端口等方式，接收和获得各个USB从设备的升级软件，并能将各个USB从设备需要的升级软件临时存储在本地，在需要的时候与各个USB从设备建立USB通信通道并完成升级软件的传输。USB主设备还具备CAN通信功能，在某个USB从设备需要进行软件升级时，USB主设备通过CAN通信控制USB主设备、需要升级的USB从设备进入软件升级程序。
2. 1个或者多个USB从设备
每个USB从设备具备1个USB端口，该USB端口满足USB规范，如USB2.0、USB3.0等规范，且与USB主设备的USB端口兼容。各个USB从设备还需要具备CAN通信功能，在USB从设备需要进行软件升级时，USB主设备通过CAN通信控制USB主设备、需要升级的USB从设备进入软件升级程序。
3.USB集线器
USB集线器作用相当于将1个USB端口分成多个USB端口，用于连接USB主设备和多个USB从设备。该USB集线器将USB主设备USB端口的电源线VCC与多个USB从设备USB端口的电源线VCC并联，将USB主设备USB端口的地线GND与多个USB从设备的地线GND并联,将USB主设备USB端口的数据线D+与多个USB从设备的数据线D+并联,将USB主设备USB端口的数据线D-与多个USB从设备的数据线D-并联,从而实现USB主设备USB端口与各个USB从设备USB端口的电气连接。
该USB集线器无需供电，不消耗车辆的额外的电能。
该USB集线器，相比市场上的带处理器和USB通信协议及软件的USB集线器，在进行USB主设备、USB从设备数据传输时，不会产生数据传输延时。
该USB集线器，能够充分利用USB主设备的传输带宽和速率，提高USB从设备软件升级的效率。
该USB集线器分出的USB端口数量不受限制，可以根据实际需要确定，系统灵活，扩展能力强。
该USB集线器中无USB端口扩展芯片，无数据转发的通信协议和控制程序，无USB接口管理功能，结构及原理简单，成本低廉。
4.USB线束
USB线束用于将USB主设备、USB从设备、USB集线器连接起来，提供USB通信的电气通道。USB线束的特征阻抗、传播延时、信号衰减，需要满足USB主、从设备USB端口通信的要求。
5.CAN总线
CAN总线通过总线的方式连接USB主设备、USB从设备。在某个USB从设备需要进行软件升级时，USB主设备通过CAN总线控制该USB从设备的USB端口处于使能状态，其他USB从设备的USB端口处于禁用状态，从而建立USB主设备、该USB从设备的USB通信。通过同样的方式，USB主设备也能分时段建立与其他USB从设备的USB通信。
6.USB主设备、USB从设备、USB集线器、USB线束、CAN总线的连接方式见图2.
7.USB主设备及其软件升级程序
在USB主设备中，集成USB从设备软件升级的程序，升级程序包含CAN总线控制程序、USB端口数据传输程序两部分内容。当USB主设备判断某个USB从设备(为叙述方面，暂定为USB从设备k)需要进行软件升级时，通过CAN总线向USB从设备k发送报文，请求USB从设备k使能USB端口。USB主设备在接收到USB从设备k的USB端口处于使能状态、具备软件升级条件时，USB主设备与USB从设备k建立USB通信通道，USB主设备开始传输升级软件。当USB主设备的软件传输任务完成后，USB主设备通过CAN总线向USB从设备k发送报文，请求USB从设备k禁用USB端口，从而完成USB从设备k升级软件的传输。
8.USB从设备及其软件升级程序
在USB从设备中，集成USB从设备软件升级的程序，升级程序包含CAN总线控制程序、USB端口数据传输程序两部分内容。当USB从设备从CAN总线接收到USB主设备请求使能USB端口的报文后，立即使能USB端口，并通过CAN总线向USB主设备发送USB端口使能状态、具备升级条件的报文。随后，USB从设备与USB主设备建立USB通信通道，接收升级软件。USB从设备完成升级软件的接收后，完成软件升级；在接收到USB主设备发送的请求USB从设备k禁用USB端口的CAN报文后，禁用USB端口，从而完成USB从设备k升级软件的传输。
9.USB主设备、USB从设备中的软件升级程序的逻辑及流程，见图3。
本领域技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不以限制本发明，凡在本发明的精神和原则下所做的任何修改、组合、替换、改进等均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于USB通信的车辆多控制器软件升级的系统，其特征在于：包含1个USB主设备，多个USB从设备，1个USB集线器，连接USB主设备、USB集线器、USB从设备的多个USB连接线，连接USB主设备、USB集线器的CAN总线；USB集线器包括一个USB主端口和多个USB从端口, USB主端口和各个USB从端口的电源VCC、GND、信号D+、D-在电气连接上是并联的；所述USB主设备通过USB连接线与USB集线器的USB主端口电气连接；所述各个USB从设备通过USB连接线均与所述USB集线器的各个USB端口电气连接；USB主设备、多个USB从设备之间具备CAN总线连接和通信；USB主设备利用CAN总线控制USB从设备的USB端口处于使能状态或禁用状态，实现USB从设备与USB主设备之间USB通道的使能或禁用；当USB主设备利用CAN总线控制某个USB从设备的USB端口处于使能状态、其余的USB从设备的USB端口处于禁用状态时，USB主设备即可向该USB从设备传输升级的软件；步骤包括，
步骤1，各个USB从设备不需要软件升级时，USB主设备通过CAN总线禁用各个USB从设备的USB端口；
步骤2，当USB主设备判断某一USB从设备需要进行软件升级时，通过CAN总线向该USB从设备发送报文，请求该USB从设备使能USB端口；
步骤3，当USB从设备从CAN总线接收到步骤2中的报文后，立即使能该USB从设备的USB端口，并通过CAN总线向USB主设备发送USB端口使能状态、具备升级条件的报文；
步骤4，当USB主设备在接收到步骤3中的报文后，USB主设备与该USB从设备建立USB通信通道，USB主设备开始传输升级软件，USB从设备接收升级软件并完成软件升级；
步骤5，当USB主设备的软件传输任务完成后，USB主设备通过CAN总线向该USB从设备发送报文，请求该USB从设备禁用USB端口；
步骤6，当USB从设备接收到步骤5的CAN报文后，禁用USB端口。
2.根据权利要求1的所述的基于USB通信的车辆多控制器软件升级的系统，其特征在于：所述USB主设备中集成有USB从设备软件升级程序，所述USB从设备软件升级程序包括CAN总线控制程序、USB端口数据传输程序。
3.根据权利要求1的所述的基于USB通信的车辆多控制器软件升级的系统，其特征在于：所述USB从设备中集成有USB从设备软件升级程序，所述USB从设备软件升级程序包括CAN总线控制程序、USB端口数据传输程序。
4.一种车辆，其特征在于：其包括如权利要求1-3任意一项权利要求所述的基于USB通信的车辆多控制器软件升级系统。
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