实现MCU本地OTA升级的LIN诊断方法详解

一、目标

通过PC端上位机实现MCU本地的OTA升级，本篇文章对实现的目的、需要用到的第三方工具、LIN诊断帧、升级协议、MCU端升级过程以及PC端升级过程做详细说明。

二、目的

最近在做MCU项目时需要将样机寄给客户进行验证，在客户的验证过程中要求参数可调试，如果需要修改软件升级MCU就很麻烦。于是就想做个上位机实现MCU升级功能，项目中MCU只有LIN接口可以用来作为调试接口，于是就想通过LIN诊断协议进行参数调试和实现本地OTA升级功能。

三、第三方工具

 一般LIN开发用的调试工具是CANOE，但是CANOE太贵了，客户端也不一定有CANOE工具，于是选用了在淘宝就可以买到的一款USB转LIN的调试工具-图莫斯UTA0503，如下图:

用这款工具的好处是厂家提供了二次开发的接口库，用户可以使用这个库进行二次开发，实现自己的PC上位机，支持QT等实现。

四、LIN诊断帧

从发送格式上，诊断帧的PDU 单元U (Packet Data Unit，分组数据单元)可分为单帧(Single Frame，SF)、首帧(First Frame，FF)和续帧(Consecutive Frames， CF)三种。从发送源上，主机发送请求 PDU，从机发送应答 PDU。 如下图所示，为 PDU 格式，包括节点地址(NAD),协议控制信息(PCI),LEN,服务 ID(SID),应答服务 ID(RSID), 消息字节段(D1~D6)。首字节 NAD 首先发送，末字节 D4,D5,D6 最后发送。

第一个字节是 NAD（node address），用于区分不同从机节点的地址。 0x00 用于休眠命令； 0x01～0x7D 从机节点地址，即 NAD 0x7E 功能节点地址（功能 NAD）； 0x7F 广播节点地址（广播 NAD）； 0x80～0xFF 用户自定义。

第二个字节是 PCI（Protocol Control Information）信息，包含了 PDU 单元类型和消息字节长度 的信息。如下表：

 单帧中，附加信息 Length 表示消息字节数加 1。首帧中，附加信息只表示 Length 的高 4 位，低 8 位在 LEN 中表示。因此在消息长度为 12 位数据，最大长度为 4095（0xFFF）。 续帧中的附加信息表示首帧后，跟随的续帧的编号，第一个续帧编号为 1，之后累加 1。如果续帧数多于 15 个，那么帧计数器在第 16 个续帧时从 0 重新计数。

SID（Service Identifier）表示了从机节点应完成的服务请求。节点配置服务的 SID 区间为 0xB0~0xB7,诊断 服务的 SID 区间为 0x00~0xAF,0xB8~0xFE。

RSID（Response Service Identifier）表示从机节点应答的内容，它的值是 SID+0x40。

五、升级协议

5.1 升级时序如下图所示：

5.2 升级协议定义： 

六、MCU端升级过程：

 MCU端flash分区如上图所示，boot为启动分区，app1为A分区，也是app启动运行的分区，app2为B分区，用于升级过程接收保存升级包数据的备份分区，data flash分区为用户数据保存区域和升级标志等信息保存区域。

MCU端接收升级数据包并写入B分区并累加CRC校验码，当升级包接收完成后计算的CRC校验码和PC端发送过来的校验码一致的话说明接收的数据包是完整的，写入升级标志置位、包总数和CRC等信息,并重启MCU。Boot启动时读取升级标志，包总数和CRC校验值，判断升级标志是否置位，如果置位则读取B分区内容并计算CRC校验值，如果计算的CRC校验值和保存的CRC校验值一致说明B分区数据完整无误。擦除A分区数据内容，将B分区数据拷贝到A分区。跳转到A分区运行。

七、PC端升级过程：

 上位机提供了本地OTA升级功能。用户可以在没有烧写工具的情况下通过LIN升级APP软件,升级界面如下图1所示，界面中有“升级节点探测”功能和“升级”功能两块。

其中“升级节点探测”功能是为了探测可升级的节点地址，为后续升级使用。如果探测到可升级的MCU节点，将在“探测节点地址列表”中显示。

探测节点完成后可以在列表中选中要升级的节点，后续对同一个MCU升级已经知道了节点地址就可以直接在“2”所在的位置直接填写节点地址不需要再去走探测流程。然后点击“加载升级文件”按钮选则需要升级的bin文件，Bin文件信息将在旁边的矩形框中显示。点击“开始升级”按钮开始进行升级。如果升级过程中出现错误，比如CRC校验错误等，可以再次点击“开始升级”按钮进行升级，升级过程比较慢，大概需要两三分钟。当所有的升级包都发送成功后会弹出如下图2所示的对话框提示用户是否需要写入升级标志并重启MCU，如果用户点击取“取消”按钮，升级包数据仅仅保存在B分区，并不会更新到A分区，升级过程实际并没有完成。用户点击“确定”按钮才真正重启MCU将B分区数据拷贝到A分区，并从A分区启动运行程序。

图1

 图2

  八、总结

通过实现LIN诊断协议OTA升级功能，让我对LIN诊断协议有了更加深刻的理解。本文定义的协议也适用于OTA远程升级，对升级流程中有考虑不足的请指出，谢谢。