CN113688138A - 一种面向车辆引擎控制单元的关键Map表逆向及定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向车辆引擎控制单元的关键Map表逆向及定位方法，其特点在于该方法包括：对获得的ECM固件进行解析；通过逆向得到的Map表数据格式在ECM固件中找到潜在的Map表集；于ECM固件中特定Map表固件的定位包括对该特定Map表形式的确定；对表中涉及到的物理量的二进制表示的逆向分析；对该Map表所体现出的特征进行归纳利用；通过反复实验对所选特征的有效性进行评估，确定有效特征。本发明与现有技术相比具有使车辆调校不再依赖于厂商提供的Map表位置信息，自动化定位目标Map地址位置，通过算法分析车辆安全性，使之具有更高的动力性、安全性或者燃油经济性，尤其适用于车辆安全的研究。

Description

一种面向车辆引擎控制单元的关键Map表逆向及定位方法

技术领域

本发明涉及汽车电子控制单元技术领域，尤其是一种面向车辆引擎控制单元的关键Map表逆向及定位方法。

背景技术

随着电子化技术的发展，现代车辆已经不是纯粹的机械设备。现代车辆内部的工作主要由ECU（Electric Controll Unit,电子控制单元）来实现，比如车窗ECU来实现对汽车车窗的控制、引擎ECU来实现对车辆引擎的控制等。一般的车辆上具有数十个ECU，通过控制器局域网络进行相互通信。一方面，ECU通过CAN报文与其他ECU进行交互；另一方面，ECU通过数据线与传感器进行通信。在诸多ECU共同的作用下，实现了车辆的正常工作。由于车辆ECU的实现复杂，通常是基于特制硬件和实时操作系统开发的固件，因此目前学界和工业界认为对于ECU固件的逆向和安全性研究仍然属于非常困难的工作。

ECM（Engine Controll Module,引擎控制单元）属于车辆中最关键的ECU之一，能够实现汽车启动点火控制、怠速状态控制、燃用注入控制等关键过程的控制。ECM通过决定引擎的燃油注入（IQ）、torque请求、空气压缩等关键参数，直接影响driving时车辆的速度。Map表属于ECM中的关键参数，可以对车辆控制的各种状态进行控制，其意义等同于二元函数。ECM将两个自变量传入Map表，Map表则返回一个结果值。Map参数的位置仅存储在汽车生产厂家的官方文件中，并且只对授权过的标定工程师开发，一般而言无法轻易得到具体Map参数在固件中的位置。一些汽车改装工程师也会利用Map参数对车辆的性能进行调校，通常是利用官方授权的渠道获得关于Map参数的信息。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术不足而设计的一种面向车辆引擎控制单元的关键Map表逆向及定位方法，采用ECM固件数据存储方式设定模块与固定格式Map表数据结构逆向模块、Torque During Cranking Map表定位模块、 Drvier Wish Map表定位模块和TurboLimiter Map表定位模块组成的逆向及定位系统，对获得的ECM固件进行初步的解析，通过逆向得到通用的Map表数据格式，在ECM固件中找到潜在的Map表集，以及特定Map表固件的定位，包括对该特定Map表形式的确定、对表中涉及到的物理量的二进制表示方法的逆向分析和对该Map表所体现出的特征进行归纳利用，通过反复实验对所选特征的有效性进行评估，确定有效特征，能够对汽车厂家自定义的Map表格式进行逆向工程，实现车辆关键控制过程的Map表进行定位工作，系统结构简单，方法操作方便，应用于车辆安全的研究，通过对目的Map表的定位，通过算法分析车辆安全性，尤其适用于车辆调校改装行业，用来实行车辆的功能调校，使之具有更高的动力性、安全性或者燃油经济性，具有一定的应用前景。

本发明的目的是这样实现的：一种面向车辆引擎控制单元的关键Map表逆向及定位系统，其特点在于包括：ECM固件数据存储方式设定模块、固定格式Map表数据结构逆向模块、Torque During Cranking Map表定位模块、 Drvier Wish Map表定位模块和TurboLimiter Map表定位模块。

所述ECM固件数据存储方式设定模块用于预处理ECM固件中的数据，其中包括确定数据的存储端序，数据大小等信息。

所述固定格式Map表数据结构逆向模块将从一整块不可读ECM固件中，通过逆向工程的方法，利用Map表存在的数据结构特征寻找车辆中潜在的Map表。

进一步，所述固定格式Map表数据结构逆向模块，利用已知可读的Map表，从二进制固件中判断其实际的数据结构形式，实现自动化地从ECM固件中获得潜在的Map。实际上，真实的Map表应当属于这个集合的子集。

通过通用性的特定Map表定位下述三类具体的Map表，即Torque During CrankingMap表、Drvier Wish Map表和Turbo Limiter Map表。

所述Torque During Cranking Map表定位模块通过所总结的该Map表具体特征信息，从上述所获得的潜在Map表集合中具体定位到该Map表，并且返回其在固件中位置信息。

进一步，所述Torque During Cranking Map表定位模块，使指将利用现已有的Torque During Cranking Map表，与固定格式Map表数据结构逆向模块中获得的潜在Map表集合做比较。能够从二进制格式的潜在Map表中，找到其与实际物理量的转换关系。由此，可以将二进制的Map表转化为可读的物理量，此Map表中，需要进行转化为物理特征为RPM值、温度值、扭矩值。同时，利用大量固件中Torque During Cranking Map表中物理量所呈现的特征信息，能够实现在二进制固件中自动化地定位该Map表。

所述Drvier Wish Map表定位模块通过所总结的该Map表具体特征信息，从上述所获得的潜在Map表集合中具体定位到该Map表，并且返回其在固件中位置信息。

进一步，所述Drvier Wish Map表定位模块利用现有的Drvier Wish Map表，与固定格式Map表数据结构逆向模块中获得的潜在Map表集合做比较。能够从二进制格式的潜在Map表中，找到其与实际物理量的转换关系。由此，可以将二进制的Map表转化为可读的物理量，此Map表中，需要进行转化为物理特征为RPM值、Acclerator Pedal值、扭矩值。同时，利用大量固件中Drvier Wish Map表中物理量所呈现的特征信息，能够实现在二进制固件中自动化地定位该Map表。

所述Turbo Limiter Map表定位模块通过所总结的该Map表具体特征信息，从上述所获得的潜在Map表集合中具体定位到该Map表，并且返回其在固件中位置信息。

进一步，所述Turbo Limiter Map表定位模块利用现有的Turbo Limiter Map表，与固定格式Map表数据结构逆向模块中获得的潜在Map表集合做比较。能够从二进制格式的潜在Map表中，找到其与实际物理量的转换关系。由此，可以将二进制的Map表转化为可读的物理量，此Map表中，需要进行转化为物理特征为RPM值、Atmosphere Pressure值、Boost值。同时，利用大量固件中Turbo Limiter Map表中物理量所呈现的特征信息，能够实现在二进制固件中自动化地定位该Map表。

本发明与现有技术相比具有如下有益的技术效果：

1)、利用逆向技术分析Map表的结构组成，能够以此获得潜在的所有Map表，提供了对于这些Map表进行利用的可能性，这将对车辆调校与安全性分析提供丰富的研究对象。

2)、自动化的识别方法将带来显著的经济型。车辆调校行业通常通过购买厂商提供的调校文档来判断特定Map表的位置，同时避免由于厂商的供应限制而导致调校业务无法开展。

3）、能够从数百份Map表中自动化高精度识别特定Map表，车辆调校行业的少部分高级工程师利用手动判别的方式来识别特定的Map表。相比之下，本发明降低人工成本、提高识别准确率、降低因人工识别误差带来经济损失。

4）、具备通用性，适用于所有以所述固定数据结构存储Map表的ECM型号，以及该类ECM中存在的任何具体的Map表，并返回此Map表位于固件中的位置。所涵盖的ECM版本类型包括EDC16、EDC17、ME7、MED17等，适用的车型超过9000款。

附图说明

图1为本发明的分析系统结构示意图；

图2为本发明的自动化查找特定的Map表流程图。

具体实施方式

下面以典型的EDC16版本ECM及其中的三类关键Map表为例对本发明作进一步详细描述和说明：

实施例1

参阅附图1，本发明采用ECM固件数据存储方式设定模块S101与固定格式Map表数据结构逆向模块S102、Torque During Cranking Map表定位模块S103、 Drvier Wish Map表定位模块S104和Turbo Limiter Map表定位模块S105组成的分析系统，对获得的ECM固件进行解析，通过逆向得到通用的Map表数据格式，在ECM固件中找到潜在的Map表集，实现Map表固件的定位。

所述ECM固件数据存储方式设定模块S101用于对固件做一个基础的判断。在此模块中，将固件读入本工具内存以供进一步的分析，用户手动输入固件中数据单元大小（Byte、Word、Dword）以及数据端序，此两类数据是用来分析Map表的基础。

所述固定格式Map表数据结构逆向模块S102通过寻找到的对应Map表与其在固件中可能的表现形式做对比，逆向得到EDC16版本ECM通用格式Map表的数据结构形式如下：

1）首两个数据单元的数据分别表示Map表x轴坐标数量和y轴坐标数量，分别称之为xCount和yCount，两者数值同时小于100。

2）随后的xCount + yCount个数据单元依次表示x轴上的坐标值和y轴上的坐标值；X轴坐标值与y轴坐标值满足单调递增的趋势。

3）最后的xCount * yCount个数据单元按照逐行的方式依次填满矩阵。

依照上述的三条规则，能够通过编写脚本文件，从固件中识别出潜在的Map表集合。出于对假阳性的考虑，真实的Map表集合为该集合的子集。但寻找到的潜在Map表集合仅为不可读的二进制形式，在后续的步骤中，将会从所获得的潜在的Map表集合中定位目标Map表。

参阅附图2，本实施例提供的面向于特定Map表的通用定位方法，首先需要确定该Map表的作用机理和表现形式；进一步地，需要确定该Map表中涉及到的物理量，并对该物理量其二进制表示方法进行逆向工程；进一步地，再对该Map表现出的特征进行归纳利用，利用该特征写就自动化脚本进行测试。根据假阴率和假阳率定义有效性，若测试有效性小于90%，则重新选取特征集，重新测试，若测试有效性大于等于90%，则认为该特征集有效。Torque During Cranking Map表定位模块S103、 Drvier Wish Map表定位模块S104和Turbo Limiter Map表定位模块S105皆是对该方法的具体利用。

所述模块S103通过模块S102环节得到的Map表形式仅为不可读的二进制格式，本环节所做的工作是分析目标Torque During Cranking Map表的物理值表现格式。进一步地，分析其二进制表现形态，以此来进行定位。通过对该表的功能分析，认识到，该表仅作用在车辆启动过程中，其坐标轴为RPM（引擎转速）值与引擎温度值。当ECM固件将实时的RPM、引擎温度值送入Map表进行对比，返回引擎应当提供的扭矩值。综上，该表涉及到的三类物理量分别为RPM、引擎温度值和扭矩值。通过对该三类物理量的二进制表示可能性的分析判断，与其在固件中的实际表示方法的匹配，可得到如下的转换关系：

RPM值 = 二进制值 ；

温度值 = （二进制值-2731） * 0.1 ；

扭矩值 = 二进制值 * 0.1；

通过上述所获得的针对于该Map表中物理量的转换关系（规则），获得该Map表的二进制表现形式，即二进制值为数据单元的有符号整型数据形式。进一步地，对多张该类Map表的物理量所表现出的特征做分析，归纳其表现特征，可以自动化地从模块S103所获得的潜在Map表集合中自动地定位该Map表，其总结后的特征如下：

1）xCount，yCount的数值大于3小于100。通常来说，它们一般是16或者9。

2）接下来的xCount个字，代表转速值，在该Map表中，RPM的数值的筛选区间被设置为[0,3500]，同时首转速应当在500以下。

3）接下来的yCount个字，代表引擎温度值。在该Map表中，引擎温度值的筛选的区间被设置为[-150℃,400℃]。同时，首温度应该小于-10℃，尾温度应当大于50℃。

4）最后是一个xCout * yCount 的矩阵，根据该Map表中扭矩值的特点，矩阵中的1/5的数字是大于100nm的，半数以上的值是大于40nm的。

利用所归纳的特征集作为筛选条件，编写自动化脚本，可以有效地实现在固件中对该Map表的定位，返回其位置信息。

所述模块S104通过模块S102环节得到的Map表形式仅为不可读的二进制格式，本环节所做的工作是分析目标Driver Wish Map表的物理值表现格式。进一步地，分析其二进制表现形态，以此来进行定位。通过对该表的功能分析，认识到，该表作用在车辆正常行驶状态，其坐标轴为RPM（引擎转速）值与油门踏板踩下的位置（百分比形式）。当ECM将实时的RPM、油门踏板位置送入Map表进行对比，返回引擎应当提供的扭矩值。综上，该表涉及到的三类物理量分别为RPM、油门踏板位置和扭矩值。通过对该三类物理量的二进制表示可能性的分析判断，与其在固件中的实际表示方法的匹配，可得到如下的转换关系：

RPM值 = 二进制值；

Acclerator pedal = 二进制值/8192 * 100% 或 二进制值/10000 *100%；

扭矩值 = 二进制值 * 0.1 ；

同样地，通过上述所获得的针对于该Map表中物理量的转换规则，可以获得该Map表的二进制表现形式。进一步地，对多张该类Map表的物理量所表现出的特征做分析，归纳其表现特征，可以自动化地从模块S103所获得的潜在Map表集合中自动地定位该Map表，其总结后的特征如下：

1）xCount，yCount的数值大于3小于100。通常来说，它们一般是16或者9。

2）RPM最大值不应该超过10000，最小值应该不超过1500。

3）Accelerator pedal轴应当满足单调递增的特点。该型号大多数ECM总把8192映射成为100%，少数是由10000或9000映射为100%，将映射到100%的数值称之为百分数基数。另外，研究发现少数该型号ECM的Accelerator pedal轴的最大值映射到101%或者102%。综合分析后认为Acceleratorpedal最大值应当属于[100%-105%]*百分数基数。

4）矩阵中的内容是扭矩，并且应当符合当RPM固定时，每一行的扭矩值随着accelerator pedal的增加应当时满足单调递增，并且矩阵中不应该有超过一半数量的0。

利用所归纳的特征集作为筛选条件，编写自动化脚本，可以有效地实现在固件中对该Map表的定位，返回其位置信息。

所述Boost limiter Map表定位模块S105通过模块S102环节得到的Map表形式仅为不可读的二进制格式，本环节所做的工作是分析目标Boost limiter Map表的物理值表现格式。进一步地，分析其二进制表现形态，以此来进行定位。通过对该表的功能分析，认识到，该表作用在车辆正常行驶状态，其坐标轴为RPM（引擎转速）值与空气压力值。当ECM将实时的RPM、空气压力值送入Map表进行对比，返回发动机所能提供的压缩能力的上限。综上，该表涉及到的三类物理量分别为RPM、空气压力值和发动机所能提供的压缩能力的上限，后文称为Boost值。通过对该三类物理量的二进制表示可能性的分析判断，与其在固件中的实际表示方法的匹配，可得到如下的转换关系：

RPM值 = 二进制值 ；

Atmosphere pressure值 = 二进制值；

Boost值 = 二进制值 ；

同样地，通过上述所获得的针对于该Map表中物理量的转换规则，可以获得该Map表的二进制表现形式。进一步地，对多张该类Map表的物理量所表现出的特征做分析，归纳其表现特征，可以自动化地从模块S103所获得的潜在Map表集合中自动地定位该Map表，其总结后的特征如下：

1）xCount，yCount的数值大于3小于100。通常来说，它们一般是16或者9。

2）空气压力值设置的筛选区间为[400,1500]。最后一个气压值应当大于1000mbar。

3）RPM轴最小值应当小于2000，并且最大值不应该超过10000。

4）Boost值设置的筛选区间为[800,5000]。

利用所归纳的特征集作为筛选条件，编写自动化脚本，可以有效地实现在固件中对该Map表的定位，返回其位置信息。

本发明所使用的固件可以是来自于通过调试接口或者飞线技术从ECM电路板获取的，也可以是通过诊断协议从ECM中获取的。虽然不同方法获取的固件会有结构上的不同，但本发明所示的方法适用于任何包括Map表的数据块。

本发明具备通用性，适用于所有以所述固定数据结构存储Map表的ECM型号，以及该类ECM中存在的任何具体的Map表，并返回此Map表位于固件中的位置。所涵盖的ECM版本类型包括EDC16、EDC17、ME7、MED17等，适用的车型超过9000款。

本发明可以应用于车辆安全的研究，通过对目的Map表的定位，可以用以进一步的算法分析车辆安全性。同时本发明可以很好地应用于车辆调校改装行业，用来实行车辆的功能调校，使之具有更高的动力性、安全性或者燃油经济性。本发明的应用原理可以应用于所有以所述固定数据结构存储Map表的ECM型号，其目前应用超过9000款车型，具有较高的应用价值。

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，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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种面向车辆引擎控制单元的关键Map表逆向及定位方法，其特征在于采用ECM固件数据存储方式设定模块与固定格式Map表数据结构逆向模块、Torque During CrankingMap表定位模块、 Drvier Wish Map表定位模块和Turbo Limiter Map表定位模块组成的分析系统，对获得的ECM固件进行解析，通过逆向得到通用的Map表数据格式，在ECM固件中找到潜在的Map表集，实现Map表固件的定位，所述ECM固件数据存储方式设定模块将预处理的ECM固件中数据输入固定格式Map表数据结构逆向模块；所述固定格式Map表数据结构逆向模块利用逆向得到Map表的基本数据格式，获得车辆中潜在的Map表集合，将其分别输至Torque During Cranking Map表定位模块、 Drvier Wish Map表定位模块和TurboLimiter Map表定位模块，通过Map表形式的确定，实现Map表在ECM固件中的定位并返回位置信息；所述Torque During Cranking Map表定位模块通过Map表具体特征信息，获得潜在Map表集合中具体定位到该Map表，并返回其在ECM固件中位置信息；所述 Drvier Wish Map表定位模块通过Map表具体特征信息，获得潜在Map表集合中具体定位到该Map表，并返回其在ECM固件中位置信息；所述Turbo Limiter Map表定位模块Turbo Limiter Map表定位模块通过Map表具体特征信息，获得潜在Map表集合中具体定位到该Map表，并返回其在ECM固件中位置信息。

2.根据权利要求1所述面向车辆引擎控制单元的关键Map表逆向及定位方法，其特征在于所述ECM固件数据存储方式设定模块用于处理ECM固件中确定数据的存储端序、数据大小以及ECM固件。

3.根据权利要求1所述面向车辆引擎控制单元的关键Map表逆向及定位方法，其特征在于所述固定格式Map表数据结构逆向模块对ECM固件进行基于规则的筛选，将符合规则的格式化数据块认定为潜在的Map表集合。

4.根据权利要求1所述面向车辆引擎控制单元的关键Map表逆向及定位方法，其特征在于所述Torque During Cranking Map表定位模块对Map表中的物理量二进制表达方式进行逆向分析，利用该Map表所展现的特征，对所获得潜在的Map表集合进行基于特征条件的筛选，最终返回目标表的位置。

5.根据权利要求1所述面向车辆引擎控制单元的关键Map表逆向及定位方法，其特征在于所述Drvier Wish Map表定位模块对该Map表中的物理量二进制表达方式进行逆向分析，利用该Map表所展现的特征，对所获得潜在的Map表集合进行基于特征条件的筛选，最终返回目标表的位置。

6.根据权利要求1所述面向车辆引擎控制单元的关键Map表逆向及定位方法，其特征在于所述Turbo Limiter Map表定位模块，对该Map表中的物理量二进制表达方式进行逆向分析，利用该Map表所展现的特征，对所获得潜在的Map表集合进行基于特征条件的筛选，最终返回目标表的位置。

7.根据权利要求1所述面向车辆引擎控制单元的关键Map表逆向及定位方法，其特征在于所述Map表固件的定位包括对Map表形式的确定，以及对表中涉及物理量的二进制表示方法的逆向分析和对Map表所体现出的特征进行归纳利用。

8.根据权利要求2所述面向车辆引擎控制单元的关键Map表逆向及定位方法，其特征在于所述ECM固件通过包括调试接口和通用诊断协议的方式获取。

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