CN115102826B - 电动工程机械和上位机以及整车控制器的通信系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供电动工程机械和上位机以及整车控制器的通信系统和方法，涉及电动工程机械技术领域。其中，这种通信系统包括整车控制器和上位机。上位机的应用层基于ISO14229‑1诊断协议生成交互数据。网络层基于ISO15765‑2协议拆分CAN帧。数据链路层基于SAEJ1939协议映射诊断协议的地址信息。CAN物理层基于ISO11898协议发送CAN报文。整车控制器的CAN物理层基于ISO11898协议，接收CAN报文。数据链路层基于SAEJ1939协议，匹配相应的CAN标识符。网络层基于ISO15765‑2协议，获取交互数据。应用层基于ISO14229‑1诊断协议，调用相应的函数处理交互数据。将ISO15765‑2协议映射到SAEJ1939协议，避免传输过程中数据被破解，提高了通信系统的安全性。采用CAN物理层进行数据传输，无需预留专门的通信接口，也无需拆卸整车控制器。

Description

电动工程机械和上位机以及整车控制器的通信系统和方法
技术领域
本发明涉及电动工程机械技术领域，具体而言，涉及一种电动工程机械和上位机以及整车控制器的通信系统和方法。
背景技术
与新能源汽车领域纯电技术发展迅速不同，对于电动工程机械的研究处于起步阶段，相关配套设施不完善。传统工程机械整车控制多以PLC控制器为主，控制简单方便，但随着工程机械电动化程度逐步推进，整车控制器所需要实现的功能越来越复杂，传统PLC控制器难以满足功能需求，以微处理器为核心的整车控制器运算能力强，能实现复杂算法，在电动工程机械上的应用方兴未艾。
与电动汽车相比，工程机械长期处于低速重载的工况，作业环境恶劣，作业需求频繁，其整车控制器的输入输出信号流主要包括控制行驶状态和作业的信号流及系统保护和故障诊断信号流。如果仅简单移植电动汽车整车控制器，控制特性不能很好地适应电动工程机械工况复杂多变，周期性较强的特点，因此需要研制适用于电动工程机械自身特点的整车控制器。
对于已经交付的工程机械，有时候因不同环境所暴露出程序漏洞或者需要增添额外的功能，同样也需要升级整车控制器软件程序。但是，为了整车控制器的安全性，已经安装的整车控制器往往不会预留JTAG等的特定的程序接口。在升级控制器软件程序时需要拆卸整车控制器外壳，再使用BDM工具下载或升级程序，操作复杂，费时费力。
有鉴于此，申请人在研究了现有的技术后特提出本申请。
发明内容
本发明提供了一种电动工程机械和上位机以及整车控制器的通信系统和方法，以改善上述技术问题中的至少一个。
第一方面、
本发明实施例提供了一种整车控制器的通信系统，包含整车控制器和能够与所述整车控制器通信的上位机；
所述上位机能够执行步骤S1至步骤S4，以将数据发送至整车控制器；
S1、上位机通信的应用层基于ISO14229-1诊断协议，确定所需要的诊断服务，并获取所述诊断服务对应的数据信息，生成交互数据；
S2、上位机通信的网络层基于ISO15765-2协议，根据所述交互数据的长度，拆分CAN帧；
S3、上位机通信的数据链路层基于SAEJ1939协议，映射ISO14229-1诊断协议的地址信息，确定所述CAN帧的CAN标识符，以获取CAN报文；
S4、上位机通信的物理层为CAN物理层，基于ISO11898协议，将CAN报文转换成电平信号发送至整车控制器；
所述整车控制器能够执行步骤A1至步骤A4，以接收上位机发送的数据；
A1、整车控制器通信的物理层为CAN物理层，基于ISO11898协议，接收所述电平信号以获取所述CAN报文；
A2、整车控制器通信的数据链路层基于SAEJ1939协议，匹配相应的CAN标识符，以接收正确的CAN报文；
A3、整车控制器通信的网络层基于ISO15765-2协议，根据所述CAN报文，解析协议控制信息，调用相应的帧处理函数，以获取所述交互数据；
A4、整车控制器通信的应用层基于ISO14229-1诊断协议，解析所述诊断服务的ID，并调用相应的函数处理所述交互数据。
第二方面、
本发明实施例提供了一种整车控制器的通信方法，用于上位机向电动工程机械的整车控制器发送系统程序；其包含如下步骤：
上位机通信的应用层基于ISO14229-1诊断协议，确定所需要的诊断服务，并根据所述诊断服务和待发送的系统程序，生成交互数据；
上位机通信的网络层基于ISO15765-2协议，根据所述交互数据的长度，拆分CAN帧；
上位机通信的数据链路层基于SAEJ1939协议，映射ISO14229-1诊断协议的地址信息，确定所述CAN帧的CAN标识符，以获取CAN报文；
上位机通信的物理层为CAN物理层，基于ISO11898协议，将CAN报文转换成电平信号发送至整车控制器。
第三方面、
本发明实施例提供了一种上位机，其包括处理器、存储器，以及存储在所述存储器内的计算机程序；所述计算机程序能够被所述处理器执行，以实现如第二方面任意一段所说的整车控制器的通信方法。
第四方面、
本发明实施例提供了一种整车控制器的通信方法，用于电动工程机械的整车控制器接收上位机发送的系统程序；其包含：
整车控制器通信的物理层为CAN物理层，基于ISO11898协议，接收所述电平信号以获取所述CAN报文；
整车控制器通信的数据链路层基于SAEJ1939协议，匹配相应的CAN标识符，以接收正确的CAN报文；
整车控制器通信的网络层基于ISO15765-2协议，根据所述CAN报文，解析协议控制信息，调用相应的帧处理函数，以获取所述诊断服务和所述交互数据；
整车控制器通信的应用层基于ISO14229-1诊断协议，解析所述诊断服务的ID，并调用相应的函数处理所述交互数据。
第五方面、
本发明实施例提供了一种电动工程机械，包含整车控制器，所述整车控制器包括处理器、存储器，以及存储在所述存储器内的计算机程序；所述计算机程序能够被所述处理器执行，以实现如第四方面任意一段所说的通信方法。
通过采用上述技术方案，本发明可以取得以下技术效果：
本发明实施例的通信系统，通过将ISO15765-2协议映射到SAEJ1939协议，从而避免传输过程中数据被破解的问题，提高了通信系统的安全性。并且，采用CAN物理层进行数据传输，直接使用整车控制器现有的接口即可实现，无需预留专门的通信接口，也无需拆卸整车控制器，大大方便了数据的传输操作。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1是本发明第一实施例提供的通信系统的结构示意图；
图2是本发明第一实施例提供的通信系统的流程示意图。
图3是本发明第一实施例提供的通信系统的逻辑图。
图4是整车控制器的FLASH地址空间分布示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
实施例中提及的“第一\第二”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些内容以外的顺序实施。
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
实施例一：
请参阅图1至图4，本发明第一实施例提供一种整车控制器的通信系统，包含整车控制器和能够与整车控制器通信的上位机。
可以理解的是，所述上位机设备可以是便携笔记本计算机、台式机计算机、智能手机或者平板电脑等具有计算性能的电子设备。
在本实施例中，上位机配置CAN通道、波特率和接受报文ID，与控制器进行CAN通讯，随后导入程序文件，通过UDS统一诊断服务(ISO14229-1诊断协议)发送与刷写相关的请求报文，直到全部数据发送完毕。控制器上电或复位后，执行加载引导程序初始化，外部编程请求标志有效且接收到特定报文，进入编程会话模式，通过UDS统一诊断服务接收与刷写相关的请求报文，直到全部数据接收完毕。
上位机能够执行步骤S1至步骤S4，以将数据发送至整车控制器。
S1、上位机通信的应用层基于ISO14229-1诊断协议，确定所需要的诊断服务，并获取诊断服务对应的数据信息，生成交互数据。
具体的，应用层基于ISO14229-1诊断协议，确定所需要的诊断服务，根据所确定的诊断服务发送相应的数据信息。诊断服务ID位于应用层数据的第一个字节。
所述上位机和所述整车控制器应用层通信基于ISO14229-1诊断协议，确定所需要的诊断服务。必须支持的服务包括：诊断会话控制、电控单元重启、清除诊断信息、通信控制、请求下载、传输数据、请求传输退出、保持连接、控制故障码设置。出于功能实现的需要，额外支持的服务包括：根据标识符读数据、安全访问、流程控制。
在本实施例中，数据信息是诊断服务所规定的内容。例如：$10 02或＄27等诊断服务的信息。其中，$10 02表示切换编程对话。＄27表示安全访问服务授权。通过发送该数据信息，告诉整车控制器要进行相应的动作。
S2、上位机通信的网络层基于ISO15765-2协议，根据交互数据的长度，拆分CAN帧。
在上述实施例的基础上，本发明的一个可选地实施例中，步骤S2具体包括步骤S21和步骤S22。
S21、获取交互数据的长度，并判断长度是否超过单个CAN帧长度。
S22、若交互数据没有超过单个CAN帧长度，则发送单帧。否则拆分为首帧和连续帧发送，单帧和连续帧的协议控制位于CAN数据域的第一个字节，首帧的协议控制信息位于CAN数据域的前两个字节。应用层数据域位于网络层协议控制信息的下一个字节。
具体的，网络层基于ISO15765-2协议定义了数据拆分的方法，若待传送的数据没有超过单个CAN帧长度，则发送单帧，反之则需要拆分为首帧和连续帧发送，单帧和连续帧的协议控制位于CAN数据域的第一个字节，首帧的协议控制信息位于CAN数据域的前两个字节。应用层数据域位于网络层协议控制信息的下一个字节。
S3、上位机通信的数据链路层基于SAEJ1939协议，映射ISO14229-1诊断协议的地址信息，确定CAN帧的CAN标识符，以获取CAN报文。
在上述实施例的基础上，本发明的一个可选地实施例中，步骤S3具体为：将UDS诊断协议(ISO14229-1诊断协议)的地址信息参数映射到SAEJ1939协议的数据链路层。其中，映射的CAN标识符为28至26位优先级为二进制的110，25位数据页为0，24位数据页为0，23至16位协议数据单元为十进制的218，15至8位为控制器地址，0至7位为上位机地址。
具体的，数据链路层基于映射的SAEJ1939协议，具体映射方法为：将将网络层车载诊断标准ISO15765-2规定的地址信息参数映射到SAEJ1939协议的数据链路层，映射的CAN标识符为28～26位优先级为110(bin)，25位数据页为0，24位数据页为0，23～16位协议数据单元为218(dec)，15～8位为控制器地址，0～7位为上位机地址。
S4、上位机通信的物理层为CAN物理层，基于ISO11898协议，将CAN报文转换成电平信号发送至整车控制器。
具体的，物理层基于ISO11898通信标准的CAN物理层，调用CAN卡的发送库函数，将CAN报文转换成电平信号发送给控制器接收端。
整车控制器能够执行步骤A1至步骤A4，以接收上位机发送的数据。
A1、整车控制器通信的物理层为CAN物理层，基于ISO11898协议，接收电平信号以获取CAN报文。
具体的，物理层基于ISO11898通信标准的CAN物理层，通过使能CAN接收中断和CAN接收库函数接收CAN报文。
A2、整车控制器通信的数据链路层基于SAEJ1939协议，匹配相应的CAN标识符，以接收正确的CAN报文。
具体的，数据链路层基于SAEJ1939协议匹配相应的CAN标识符，从而接收正确的CAN报文。
A3、整车控制器通信的网络层基于ISO15765-2协议，根据CAN报文，解析协议控制信息，调用相应的帧处理函数，以获取交互数据。
具体的，网络层基于ISO15765-2协议解析协议控制信息，调用相关的帧处理函数。若接收的协议控制器信息为首帧或连续帧，接收端需回应流控帧。
A4、整车控制器通信的应用层基于ISO14229-1诊断协议，解析诊断服务的ID，并调用相应的函数处理交互数据。
具体的，应用层基于ISO14229-1诊断协议解析诊断服务ID，调用相关诊断服务函数处理接收的数据，若处理成功需回复肯定响应，处理失败需回复否定响应。
本发明实施例，设计了一套支持在线刷写应用软件的引导加载程序和上位机，兼容UDS统一诊断协议(车载ISO14229-1诊断协议)和SAEJ1939协议，实现了当需要升级电动工程机械整车控制器应用软件时无需拆卸控制器，通过上位机导入程序文件，经CAN总线进行数据传输，就可以达到更新应用软件的目的，方便灵活，安全可靠。
发明人经过大量研究发现，在先技术中，工程机械广泛采用SAEJ1939协议作为整车CAN网络的上层协议。SAEJ1939协议为中重型道路车辆和非道路车辆上电子部件间的通信提供标准的体系结构，能够节省网络设计成本和软件开发成本。但由于SAEJ1939协议是标准化的，数据传输过程中面临如数据被破解、数据完整性被破坏等各种安全问题，
因此，本发明实施例将ISO15765-2协议映射到SAEJ1939协议，实现了电动工程机械的整车控制器在线程序升级，兼容SAEJ1939协议和UDS诊断协议，既降低了传统工程机械厂商仅采用SAEJ1939协议或自定义协议进行整车控制器在线程序升级所带来的数据泄漏等安全风险，也减少了仅采用UDS协议进行整车控制器在线程序升级不兼容工程机械中SAE1939协议的问题，方便灵活，安全高效。
本发明基于UDS协议的在线刷写方法，兼容电动工程机械所使用的J1939协议，通过数据校验、des对称加密算法和秘钥认证，避免了因J1939协议导致的数据易破解的缺点，增强了数据传输的安全性。
发明人在研发通讯系统时发现，在整车控制器的研发中，控制器软件并不是一次就完全符合需求，软件存在漏洞的情况时有发生，通常需要涉及多次软件程序的升级和控制器功能的修改，此时提高程序下载效率能够实现快速调试。因此，发明人改进CAN发送和接收软件功能模块能够提高程序刷写的效率。
首先，所述整车控制器的CAN接收和发送缓存区，设置为环形队列模型；
具体的，环形队列是一种先入先出的数据结构，相对于队列减少了对地址的反复操作，也避免了溢出的情况，增加了稳定性。环形队列占用一块固定的内存空间，有两个索引指针分别指向队头和队尾，以接收CAN报文为例：初始队头指针和队尾指针指向同一位置，队列为空，接收第一条CAN报文后，队尾指针向下一个地址移动，以此类推，若队尾指针指向地址的下一个地位为对头指针，说明队列已满；读取第一条CAN报文后，对头指针向下一个地址移动，以此类推，若对头指针指向地址里的数据为空，说明队列已空，没有接收到新的CAN报文。将缓存区设计为环形队列操作便利、实现简单。
其次，所述整车控制器处理接收到的CAN报文，以搜索哈希表的形式实现。
具体的，哈希表能够大幅降低数据存储和查找消耗的时间，适用于程序更新过程中需要对CAN帧ID和数据域比对这类场景，提高软件的实时性。哈希表实现包括：以哈希表的形式构建索引数组，数组中的元素为CAN结构体的指针，同时以CAN帧ID设计哈希函数，将CAN帧ID映射为哈希表中的索引，若多个CAN帧ID映射同一个下标索引，则将发生冲突的元素存储在链表中。在读取接收缓存区的CAN报文后，通过CAN帧ID对应的索引数组下标就能找到对应CAN结构体，将接收的CAN帧ID与CAN结构体中的ID进行比对，如果一致则保存数据，如果不一致或者不存在对应的下标索引，则放弃接收数据。采用哈希表能将搜索的时间复杂度降至O(1)。
如图4所示，在上述实施例的基础上，本发明的一个可选地实施例中，整车控制器包括存储器(Flash存储器)。存储器包括第一存储扇区、第二存储扇区、第三存储扇区和第四存储扇区。第一存储扇区用以存储原始引导加载程序。第二存储扇区用以备份引导加载程序。第三存储扇区用以存储引导加载程序和应用程序的相关标志位。第四存储扇区用以存储应用程序。
具体的，所述整车控制器的FLASH区域划分为不同的功能模块。FLASH分为四个存储扇区，本实施例所述单片机FLASH起始地址为0x08000000。所述第一个存储扇区占32KB地址空间用于存储引导加载程序。所述第二个存储扇区占32KB地址空间用于备份引导加载程序。所述第三个存储扇区占16KB地址空间用于存储引导加载程序和应用程序的相关标志位。所述第四个存储扇区占176KB地址空间用于存储应用程序。
在本实施例中以STM32F105VC单片机作为整车控制器的中央处理器。在其它实施例中，可以采用其它微处理器，本发明对此不做具体限定。整车控制器备份引导加载程序分区，避免因原引导加载程序启动失败导致控制器在线刷写失败，保证了软件可靠性。
在上述实施例的基础上，本发明的一个可选地实施例中，上位机对历史成功刷写的软件进行备份。优选地，至少保留两个历史版本的程序文件。
此外，本发明实施例的通讯系统，支持断点续传功能。具体的，支持的续传设计包括短时中断处理和长时中断处理。因CAN网络负载率较高或CAN报文吞吐能力有限导致的数据丢包情况，所述上位机采用超时重传方式重传数据。因电源过压、欠压等情况导致的长时中断，进行断点续传相关处理。
具体的，所述在线刷写方法可能由于下载的软件出现兼容性问题导致软硬件失效等安全问题，支持软件回滚功能。所述在线刷写方法支持软件回滚。所述在线刷写方法可能由于工程机械内复杂的电气环境和网络环境导致所述控制器升级流程被中断，断线续传功能，能够很好的保证数据得到完整的传输。支持断点续传和软件回滚的功能，增强了数据传输的可靠性。
如图3所示，在上述实施例的基础上，本发明的一个可选地实施例中，整车控制器能够实现步骤B1至步骤B3，以安装系统程序。
B1、在整车控制器上电或复位后，判断原始引导加载程序是否有效。当判断到原始引导加载程序有效时，加载原始引导加载程序。否则，加载备份引导加载程序。
具体的，所述整车控制器启动时序(刷写的具体阶段)为：整车控制器上电或复位后，加载初始化程序，验证并启动原始引导加载程序，如果原引导加载程序启动失败的次数达到上线，则启动备份引导加载程序。
B2、启动引导加载程序后，判断外部编程位是否为有效。其中，外部编程位在收到预编程指令时标记为有效。
具体的，启动加载程序后，判断外部更新请求位是否有效，所述外部更新请求位在应用程序通过预编程阶段后收到＄10 02诊断会话相关请求报文后置为有效位，
B3、当判断到外部编程位为有效时，根据诊断服务安装系统程序。
具体的，当判断到外部编程位为有效时，进入引导加载程序编程会话模式，等待上位机发送指令执行编程进行阶段。
如图3所示，在上述实施例的基础上，本发明的一个可选的实施例中，整车控制器还能够实现步骤B4至步骤B8，以安装系统程序。
B4、当判断到外部编程位不是有效时，判断是否接收到特定请求报文。
B5、当判断到接收到特定请求报文时，根据诊断服务安装系统程序。否则，判断应用程序标志位是否有效。
B6、当判断到应用程序标志位为有效时，执行应用程序。否则根据诊断服务安装系统程序。
在本实施例中，当外部更新请求位无效时，控制器执行并停留在引导加载程序一段时间(本实施例设置30ms)。期间如果收到特定的外部请求，进入引导加载程序编程会话模式，等待上位机发送指令执行编程进行阶段。其中，特定的外部请求可以是＄31 01例程控制相关请求报文。
如果未收到请求则判断应用程序是否有效(有效标识变量为0x0A0A,无效标识变量为0x0000)。当判断到应用程序无效时，进入引导加载程序默认会话模式，接收上位机发送报文执行相应刷写步骤。如果有效，则Flash跳转至应用程序地址，进入应用程序的默认会话模式，从而执行应用程序。在运行应用程序时，如果收到了上位机预编程指令，则执行预编程阶段相关步骤，并将外部编程请求位置为1(有效)。
根据ISO14229协议将刷写流程分为三个阶段，包括预编程阶段，编程进行阶段和后编程阶段。当整车控制器停留在引导加载程序默认会话模式时，等待上位机发送指令执行相应的刷写步骤，然后进入预编程阶段。当整车控制器停留在引导加载程序编程会话模式时，等待上位机发送指令执行相应的刷写步骤，然后跳过预编程阶段直接进入编程进行阶段。
具体的，所述引导加载程序默认会话模式收到＄10 03诊断会话相关请求报文后进入扩展模式。扩展模式收到＄10 02诊断会话相关请求报文后进入编程模式。从而引导加载程序通过三种会话模式的切换完成不同服务实现软件更新。
所述预编程阶段用以配置网络编程环境，确保数据安全、正常传输。其包括以下步骤：①解析＄10 03诊断会话服务，配置编程环境需要解锁高权限诊断服务，切换控制器引导加载程序默认会话为扩展会话模式。②解析＄31例程控制服务，为保证刷写过程中的安全性，检查所述控制器编程条件，若控制器处于非安全编程环境和非安全前置条件中，应拒绝上位机刷写请求访问。③解析＄85控制DTC设置服务和＄28通信控制服务，为防止误报故障和CAN网络负载率过大，控制器需要禁止故障码设置功能和非诊断服务信息的传输。④解析＄22读取数据服务，读取相关控制器信息如应用程序版本，引导加载程序版本等信息。预编程阶段结束。
所述编程进行阶段用以实现相关数据块的下载和更新，是所述在线刷写方法的核心步骤。其包括以下步骤：①解析＄10 02诊断会话服务，程序烧录需要解锁刷写诊断权限，切换控制器引导加载程序扩展会话为编程会话模式。②解析＄27安全访问服务授权，为避免非法上位机对控制器刷写操作，上位机需要对于控制器发送的种子进行运算，若不能生成正确的密钥，则认定该上位机非法，控制器应拒绝上位机访问。③解析＄34请求下载服务、＄36传输数据服务和＄37请求退出传输服务，为避免应用程序运行时程序跑飞出现Flash误擦除的操作，控制器在下载应用程序前需下载Flash驱动至SRAM中。④解析＄2E写数据服务，控制器需要记录应用程序的指纹信息，包括应用程序内存大小和内存地址。⑤解析＄34请求下载服务、＄36传输数据服务和＄37请求退出传输服务下载应用程序。刷写过程以段为单位，请求下载服务中包含刷写程序的段起始位置和段长度信息，控制器收到服务请求后需要响应单次传输数据服务中数据传输的最大长度；传输数据服务请求多次直至段数据全部传输完成，控制器对接收的数据进行CRC32循环冗余校验进行完整性检验，并通过des对称加密算法解析加密的数据文件，如果通过，将解密后的文件刷写至Flash中；请求退出传输服务标志段数据全部传输完成，控制器需回复肯定响应以接收下一个段数据，直至所有程序段接收完成。具体的，在步骤5中，上位机将整车控制器的系统程序数据发送至整车控制器。在本实施例中，系统程序数据是hex文件或bin文件。所述hex文件或bin文件是经相应编译器编写c语言文件或c++语言文件，并经转置后得到的。如果系统程序数据。如果导入上位机的系统程序文件是hex文件，需由上位机解析成bin文件，然后才能发送给整车控制器。⑥解析＄31例程控制服务，控制器通过CRC32循环冗余校验算法检验校验码，从而保证数据的完整性和可靠性。⑦解析＄11ECU复位服务，控制器重启，上电复位。编程进行阶段结束。
为保证所述编程进行阶段的安全性：传输数据前，所述上位机使用＄27安全访问服务获取执行被控制器锁定的服务的权利。具体的，上位机请求种子，控制器发送种子，控制器根据转换算法发送key，如果上位机发送的key与控制器自身运算的key一致，控制器解锁。传输数据中，使用des对称加密算法对传输的数据进行加密，控制器根据des算法解密数据；传输数据完成后，使用CRC32循环冗余校验检查数据的完整性。
所述后编程阶段用以确认更新完成，同时恢复预编程阶段前的配置。其包括如下步骤：①解析＄10 01诊断会话服务，控制器应用程序刷写完成，切换控制器引导加载程序编程会话为默认会话模式，同时将应用程序有效标志位置为0x0A0A。②解析＄14清除故障码服务，清除预编程阶段和编程进行阶段控制器的诊断信息。③解析＄11ECU复位服务，控制器重启，上电复位，跳转至应用程序地址，开始运行应用程序。后编程阶段结束。
B7、判断系统程序是否刷写成功。
B8、当判断到系统程序刷写成功时，将应用程序标志位标记为有效。
如果应用程序刷写成功，将应用程序标识符置为有效(0x0A0A)，反之仍保持无效标识符(0x0000)，复位控制器，启动引导加载程序，此时应用程序有效，Flash地址跳转至应用程序地址，开始运行应用程序。
在本实施例中，在系统升级过程中，数据传输不需要设置的特定接口，且数据传输更加安全，具有很好的实际意义。
实施例二、
本发明实施例提供了一种整车控制器的通信方法，用于上位机向电动工程机械的整车控制器发送系统程序。其包含如下步骤：
上位机通信的应用层基于ISO14229-1诊断协议，确定所需要的诊断服务，并根据诊断服务和待发送的系统程序，生成交互数据。
上位机通信的网络层基于ISO15765-2协议，根据交互数据的长度，拆分CAN帧。
上位机通信的数据链路层基于SAEJ1939协议，映射ISO14229-1诊断协议的地址信息，确定CAN帧的CAN标识符，以获取CAN报文。
上位机通信的物理层为CAN物理层，基于ISO11898协议，将CAN报文转换成电平信号发送至整车控制器。
实施例三、
本发明实施例提供了一种上位机，其包括处理器、存储器，以及存储在存储器内的计算机程序。计算机程序能够被处理器执行，以实现如实施例二任意一段所说的整车控制器的通信方法。
可以理解的是，所述上位机设备可以是便携笔记本计算机、台式机计算机、智能手机或者平板电脑等具有计算性能的电子设备。
本发明实施例的上位机，通过将ISO15765-2协议映射到SAEJ1939协议，从而避免传输过程中数据被破解的问题，提高了通信系统的安全性。并且，采用CAN物理层进行数据传输，直接使用整车控制器现有的接口即可实现，无需预留专门的通信接口，也无需拆卸整车控制器，大大方便了数据的传输操作。
实施例四、
本发明实施例提供了一种整车控制器的通信方法，用于电动工程机械的整车控制器接收上位机发送的系统程序。其包含：
整车控制器通信的物理层为CAN物理层，基于ISO11898协议，接收电平信号以获取CAN报文。
整车控制器通信的数据链路层基于SAEJ1939协议，匹配相应的CAN标识符，以接收正确的CAN报文。
整车控制器通信的网络层基于ISO15765-2协议，根据CAN报文，解析协议控制信息，调用相应的帧处理函数，以获取诊断服务和交互数据。
整车控制器通信的应用层基于ISO14229-1诊断协议，解析诊断服务的ID，并调用相应的函数处理交互数据。
实施例五、
本发明实施例提供了一种电动工程机械，包含整车控制器，所述整车控制器包括处理器、存储器，以及存储在存储器内的计算机程序。计算机程序能够被处理器执行，以实现如实施例四任意一段所说的通信方法。
在本发明实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置和方法实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，电子设备，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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.整车控制器的通信系统，包含整车控制器和能够与所述整车控制器通信的上位机；其特征在于：
所述上位机能够实现如下步骤，以将数据发送至整车控制器；
上位机通信的应用层基于ISO14229-1诊断协议，确定所需要的诊断服务，并获取所述诊断服务对应的数据信息，生成交互数据；
上位机通信的网络层基于ISO15765-2协议，根据所述交互数据的长度，拆分CAN帧；
上位机通信的数据链路层基于SAEJ1939协议，映射ISO14229-1诊断协议的地址信息，确定所述CAN帧的CAN标识符，以获取CAN报文；
上位机通信的物理层为CAN物理层，基于ISO11898协议，将CAN报文转换成电平信号发送至整车控制器；
所述整车控制器能够实现如下步骤，以接收上位机发送的数据；
整车控制器通信的物理层为CAN物理层，基于ISO11898协议，接收所述电平信号以获取所述CAN报文；
整车控制器通信的数据链路层基于SAEJ1939协议，匹配相应的CAN标识符，以接收正确的CAN报文；
整车控制器通信的网络层基于ISO15765-2协议，根据所述CAN报文，解析协议控制信息，调用相应的帧处理函数，以获取所述交互数据；
整车控制器通信的应用层基于ISO14229-1诊断协议，解析所述诊断服务的ID，并调用相应的函数处理所述交互数据
上位机通信的数据链路层基于SAEJ1939协议，映射ISO14229-1诊断协议的地址信息，确定所述CAN帧的CAN标识符，以获取CAN报文，包括：
将ISO14229-1诊断协议的地址信息参数映射到SAEJ1939协议的数据链路层；其中，映射的CAN标识符为28至26位优先级为二进制的110，25位数据页为0，24位数据页为0，23至16位协议数据单元为十进制的218，15至8位为控制器地址，0至7位为上位机地址。
2.根据权利要求1所述的整车控制器的通信系统，其特征在于，上位机通信的网络层基于ISO15765-2协议，根据所述交互数据的长度，拆分CAN帧，包括：
获取所述交互数据的长度，并判断所述长度是否超过单个CAN帧长度；
若所述交互数据没有超过单个CAN帧长度，则发送单帧；否则拆分为首帧和连续帧发送，单帧和连续帧的协议控制位于CAN数据域的第一个字节，首帧的协议控制信息位于CAN数据域的前两个字节；应用层数据域位于网络层协议控制信息的下一个字节。
3.根据权利要求1所述的整车控制器的通信系统，其特征在于，所述整车控制器包括第一存储扇区、第二存储扇区、第三存储扇区和第四存储扇区；所述第一存储扇区用以存储原始引导加载程序；所述第二存储扇区用以备份引导加载程序；所述第三存储扇区用以存储引导加载程序和应用程序的相关标志位；所述第四存储扇区用以存储应用程序。
4.根据权利要求3所述的整车控制器的通信系统，其特征在于，所述整车控制器还能够实现如下步骤，以安装系统程序；
在整车控制器上电或复位后，判断所述原始引导加载程序是否有效；当判断到所述原始引导加载程序有效时，加载所述原始引导加载程序；否则，加载所述备份引导加载程序；
启动引导加载程序后，判断外部编程位是否为有效；其中，所述外部编程位在收到预编程指令时标记为有效；
当判断到所述外部编程位为有效时，根据所述诊断服务安装所述系统程序。
5.根据权利要求4所述的整车控制器的通信系统，其特征在于，所述整车控制器还能够实现如下步骤：
当判断到所述外部编程位不是有效时，判断是否接收到特定请求报文；
当判断到接收到特定请求报文时，根据所述诊断服务安装所述系统程序；否则，判断应用程序标志位是否有效；
当判断到所述应用程序标志位为有效时，执行所述应用程序；否则根据所述诊断服务安装所述系统程序；
判断所述系统程序是否刷写成功；
当判断到所述系统程序刷写成功时，将所述应用程序标志位标记为有效。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的整车控制器的通信系统，其特征在于，所述整车控制器的CAN接收和发送缓存区，设置为环形队列模型；
所述整车控制器处理接收到的CAN报文，以搜索哈希表的形式实现。
7.整车控制器的通信方法，用于上位机向电动工程机械的整车控制器发送系统程序；其特征在于，包含：
上位机通信的应用层基于ISO14229-1诊断协议，确定所需要的诊断服务，并根据所述诊断服务和待发送的系统程序，生成交互数据；
上位机通信的网络层基于ISO15765-2协议，根据所述交互数据的长度，拆分CAN帧；
上位机通信的数据链路层基于SAEJ1939协议，映射ISO14229-1诊断协议的地址信息，确定所述CAN帧的CAN标识符，以获取CAN报文；
上位机通信的物理层为CAN物理层，基于ISO11898协议，将CAN报文转换成电平信号发送至整车控制器；
上位机通信的数据链路层基于SAEJ1939协议，映射ISO14229-1诊断协议的地址信息，确定所述CAN帧的CAN标识符，以获取CAN报文，包括：
将ISO14229-1诊断协议的地址信息参数映射到SAEJ1939协议的数据链路层；其中，映射的CAN标识符为28至26位优先级为二进制的110，25位数据页为0，24位数据页为0，23至16位协议数据单元为十进制的218，15至8位为控制器地址，0至7位为上位机地址。
8.上位机，其特征在于，包括处理器、存储器，以及存储在所述存储器内的计算机程序；所述计算机程序能够被所述处理器执行，以实现如权利要求7所述的整车控制器的通信方法。
9.整车控制器的通信方法，用于电动工程机械的整车控制器接收上位机发送的系统程序；其特征在于，包含：
整车控制器通信的物理层为CAN物理层，基于ISO11898协议，接收电平信号以获取CAN报文；其中，所述CAN报文由上位机通信的数据链路层基于SAEJ1939协议，映射ISO14229-1诊断协议的地址信息，确定CAN帧的CAN标识符，以获取得到；
整车控制器通信的数据链路层基于SAEJ1939协议，匹配相应的CAN标识符，以接收正确的CAN报文；
整车控制器通信的网络层基于ISO15765-2协议，根据所述CAN报文，解析协议控制信息，调用相应的帧处理函数，以获取诊断服务和交互数据；
整车控制器通信的应用层基于ISO14229-1诊断协议，解析所述诊断服务的ID，并调用相应的函数处理所述交互数据；
上位机通信的数据链路层基于SAEJ1939协议，映射ISO14229-1诊断协议的地址信息，确定所述CAN帧的CAN标识符，以获取CAN报文，包括：
将ISO14229-1诊断协议的地址信息参数映射到SAEJ1939协议的数据链路层；其中，映射的CAN标识符为28至26位优先级为二进制的110，25位数据页为0，24位数据页为0，23至16位协议数据单元为十进制的218，15至8位为控制器地址，0至7位为上位机地址。
10.电动工程机械，包含整车控制器，其特征在于，所述整车控制器包括处理器、存储器，以及存储在所述存储器内的计算机程序；所述计算机程序能够被所述处理器执行，以实现如权利要求9所述的整车控制器的通信方法。
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