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摘要：汽车的智能网联化带来了“软件定义汽车”的变革，使得嵌入式软件深度参与到汽车的定义、开发、验证、销售和服务等过程中。整车控制器，作为汽车的大脑，其软件的质量直接影响着整车的性能。当量产车的整车控制器软件出现故障或需要进行功能升级时，如果采用线下的方式处理，执行过程会非常繁琐复杂，并可能引起用户抱怨。为此，FOTA作为一种客户和汽车厂商双赢的远程升级技术已经逐渐被认可并走向普及的未来。
Abstract： The intelligent network of automobile has brought about the transformation of "software-defined vehicle"， which makes embedded software deeply involved in the process of automobile definition， development， verification， sales and service.The software quality of the vehicle controller， as the brain of the vehicle， directly affects the performance of the vehicle.When the vehicle controller software of equivalent production vehicle fails or needs to be upgraded， the execution process will be very cumbersome and complex if it is handled offline， and may cause complaints from users.For this reason， FOTA， as a remote upgrade technology for both customers and automobile manufacturers， has been gradually recognized and will become popular in the future.
關键词：纯电动汽车;整车控制器;软件定义汽车;FOTA
Key words： pure electric vehicle;vehicle control unit;software defined vehicles;FOTA
中图分类号：U472.43 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）18-0013-02
0 引言
汽车的电动化、智能化、网联化已经成为了汽车工业发展不可扭转的趋势，给汽车的电子电气架构带来了一次大的变革。整车控制器（Vehicle control unit，简称VCU）是新能源汽车的核心控制单元，既直接控制着汽车动力系统的输出，又掌控着电机、电池和电动附件的状态，所以整车控制器的性能优劣直接影响着整车的性能。在整车控制器的整个生命周期中，经常会遇到改善潜在问题和导入全新功能的需求，传统的线下刷写升级方法已经不能满足控制器开发和售后服务的需要，因此，对消费者和汽车厂双方都受益的固件空中远程升级（firmware over-the-air，简称FOTA）解决方案已经成为整车控制器软件升级方法的主流方向。
1 FOTA概述
FOTA即固件空中下载技术，就是云端通过车载终端对整车电控系统中的控制器进行远程程序更新的过程[1]。2014年特斯拉首次面向中国推出V5.9版车载系统，使用FOTA可进行多功能更新;2016年，丰田汽车宣布采用FOTA技术更新ECU;2017年，大众公司宣布使用FOTA进行软件升级;2020年12月起至2021年2月，上汽通用汽车对别克、雪佛兰和凯迪拉克旗下17个车系进行FOTA远程升级[2-4]。FOTA这种远程升级技术已经逐渐被行业认可并被普遍采用。
2 FOTA系统组成
整车控制器FOTA系统包括云端服务器、车载通信终端、整车控制器。
2.1 云端服务器
云端服务器是FOTA的起点，完成升级文件的升级和下发任务，可以实现升级车辆管理、软件管理、升级日志目录管理升级实时监控和报告、升级软件包升级等。云端系统由各个主机厂直接负责，存储控制器升级的相关数据，有很高的保密性要求。
2.2 车载通信终端
车载通信终端是车辆客户端FOTA主节点。车载通讯终端连接新能源汽车内所有的总线，是车辆内封闭网络和车辆外开放网络通讯的唯一通道，也是车辆内网络通信的枢纽，同时具有报文路由功能、防火墙功能和诊断功能，适合作为远程升级的主要节点。
2.3 整车控制器
整车控制器的功能实现由硬件和软件完成，硬件部分完成信号的采集、处理、诊断并根据需要发出控制信号，软件部分完成各种功能及控制策略的实现。（图1）
3 整车控制器FOTA流程（图2）
整车控制器的升级软件需要工程师先进性线下测试，修改成规定的格式和名称，确认无误后上传至云端FOTA系统。FOTA服务器会生成软件差分包或全量包并进行签名、加密，如图3，添加升级策略、升级标识等信息，这样可以确保FOTA升级文件从云服务器端下载到车载通讯终端过程的安全性。服务器管理人员在服务器端选择升级车辆范围、升级时间，完成升级软件在云端的部署和升级任务的建立。 在升级任务时间段内，车载通讯终端通过无线网络与云端建立连接，云端服务器对整车控制器软件版本进行收集，与云端任务软件版本进行比较，若存在新版本，云端会将升级软件下发到车端。
升级文件下载到本地后，车载通信终端会对升级程序的版本、完整性进行校验，并判断车辆条件是否满足FOTA升级条件，如果车辆状态不满足会终止升级流程。并且在升级过程中，也需要网关维持车辆状态直至整车控制器刷写完成。（表1）
若均满足条件且得到授权，便通过CAN总线向整车控制器发送升级请求。车载通讯终端会将待升级的软件存储到预先设置的内存里，并定时发送升级请求报文。如果整车控制器响应了升级请求，会先判断当前是否满足升级条件，判断满足条件后整车控制器会重启并响应FOTA升级。整车控制器会将过渡区FLASH擦除，然后接受车载通讯终端的升级数据，校验数据无误后将升级数据写入过渡区FLASH。整车控制器再对接收到的程序进行校核，升级程序校核通过后，就会擦除存放实际程序地址的FLASH，将过渡区FLASH写入到现有应用程序地址的FLASH。最后整车控制器再次重启，完成软件版本的更新。待整车控制器升级完成后，车载通讯终端会收集升级日志信息，并将其上传至云端服务器端。
4 结语
目前中國已经成全球最大的新能源汽车市场，整车控制器在不断缩短产品开发周期的同时，市场需求量却在急速上升。整车控制器远程升级可以让汽车企业远程管理车辆控制器上的嵌入式软件，不仅能在车辆上市后通过软件更新来优化和新增整车控制器的功能，解决软件漏洞、延长整车控制器产品生命周期，还能让用户在不用去维修店、不更新硬件的情况下，优化车辆性能，提高客户粘度。相信随着汽车智能网联化趋势的发展，整车控制器远程升级的方法必将发挥更大的功能，迎来更广阔的市场。
参考文献：
[1]杜贵锋，李锐，陈姿霖，等.商用车FOTA实践与应用[J].汽车电器，2019（7）：10-11.
[2]王栋梁，汤利顺，陈博，等.智能网联汽车整车OTA功能设计研究[J].汽车技术，2018（10）：29-33.
[3]袁九宇，马江涛，程琳.车辆OTA系统的虚拟仿真测试平台[J].汽车实用技术，2020（6）：90-92.
[4]邱洪涛.交互更便捷功能更丰富——上汽通用汽车首次启动大规模车载互联系统OTA升级[J].世界汽车，2020（12）：116-117.
Abstract： The intelligent network of automobile has brought about the transformation of "software-defined vehicle"， which makes embedded software deeply involved in the process of automobile definition， development， verification， sales and service.The software quality of the vehicle controller， as the brain of the vehicle， directly affects the performance of the vehicle.When the vehicle controller software of equivalent production vehicle fails or needs to be upgraded， the execution process will be very cumbersome and complex if it is handled offline， and may cause complaints from users.For this reason， FOTA， as a remote upgrade technology for both customers and automobile manufacturers， has been gradually recognized and will become popular in the future.
關键词：纯电动汽车;整车控制器;软件定义汽车;FOTA
Key words： pure electric vehicle;vehicle control unit;software defined vehicles;FOTA
中图分类号：U472.43 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）18-0013-02
0 引言
汽车的电动化、智能化、网联化已经成为了汽车工业发展不可扭转的趋势，给汽车的电子电气架构带来了一次大的变革。整车控制器（Vehicle control unit，简称VCU）是新能源汽车的核心控制单元，既直接控制着汽车动力系统的输出，又掌控着电机、电池和电动附件的状态，所以整车控制器的性能优劣直接影响着整车的性能。在整车控制器的整个生命周期中，经常会遇到改善潜在问题和导入全新功能的需求，传统的线下刷写升级方法已经不能满足控制器开发和售后服务的需要，因此，对消费者和汽车厂双方都受益的固件空中远程升级（firmware over-the-air，简称FOTA）解决方案已经成为整车控制器软件升级方法的主流方向。
1 FOTA概述
FOTA即固件空中下载技术，就是云端通过车载终端对整车电控系统中的控制器进行远程程序更新的过程[1]。2014年特斯拉首次面向中国推出V5.9版车载系统，使用FOTA可进行多功能更新;2016年，丰田汽车宣布采用FOTA技术更新ECU;2017年，大众公司宣布使用FOTA进行软件升级;2020年12月起至2021年2月，上汽通用汽车对别克、雪佛兰和凯迪拉克旗下17个车系进行FOTA远程升级[2-4]。FOTA这种远程升级技术已经逐渐被行业认可并被普遍采用。
2 FOTA系统组成
整车控制器FOTA系统包括云端服务器、车载通信终端、整车控制器。
2.1 云端服务器
云端服务器是FOTA的起点，完成升级文件的升级和下发任务，可以实现升级车辆管理、软件管理、升级日志目录管理升级实时监控和报告、升级软件包升级等。云端系统由各个主机厂直接负责，存储控制器升级的相关数据，有很高的保密性要求。
2.2 车载通信终端
车载通信终端是车辆客户端FOTA主节点。车载通讯终端连接新能源汽车内所有的总线，是车辆内封闭网络和车辆外开放网络通讯的唯一通道，也是车辆内网络通信的枢纽，同时具有报文路由功能、防火墙功能和诊断功能，适合作为远程升级的主要节点。
2.3 整车控制器
整车控制器的功能实现由硬件和软件完成，硬件部分完成信号的采集、处理、诊断并根据需要发出控制信号，软件部分完成各种功能及控制策略的实现。（图1）
3 整车控制器FOTA流程（图2）
整车控制器的升级软件需要工程师先进性线下测试，修改成规定的格式和名称，确认无误后上传至云端FOTA系统。FOTA服务器会生成软件差分包或全量包并进行签名、加密，如图3，添加升级策略、升级标识等信息，这样可以确保FOTA升级文件从云服务器端下载到车载通讯终端过程的安全性。服务器管理人员在服务器端选择升级车辆范围、升级时间，完成升级软件在云端的部署和升级任务的建立。 在升级任务时间段内，车载通讯终端通过无线网络与云端建立连接，云端服务器对整车控制器软件版本进行收集，与云端任务软件版本进行比较，若存在新版本，云端会将升级软件下发到车端。
升级文件下载到本地后，车载通信终端会对升级程序的版本、完整性进行校验，并判断车辆条件是否满足FOTA升级条件，如果车辆状态不满足会终止升级流程。并且在升级过程中，也需要网关维持车辆状态直至整车控制器刷写完成。（表1）
若均满足条件且得到授权，便通过CAN总线向整车控制器发送升级请求。车载通讯终端会将待升级的软件存储到预先设置的内存里，并定时发送升级请求报文。如果整车控制器响应了升级请求，会先判断当前是否满足升级条件，判断满足条件后整车控制器会重启并响应FOTA升级。整车控制器会将过渡区FLASH擦除，然后接受车载通讯终端的升级数据，校验数据无误后将升级数据写入过渡区FLASH。整车控制器再对接收到的程序进行校核，升级程序校核通过后，就会擦除存放实际程序地址的FLASH，将过渡区FLASH写入到现有应用程序地址的FLASH。最后整车控制器再次重启，完成软件版本的更新。待整车控制器升级完成后，车载通讯终端会收集升级日志信息，并将其上传至云端服务器端。
4 结语
目前中國已经成全球最大的新能源汽车市场，整车控制器在不断缩短产品开发周期的同时，市场需求量却在急速上升。整车控制器远程升级可以让汽车企业远程管理车辆控制器上的嵌入式软件，不仅能在车辆上市后通过软件更新来优化和新增整车控制器的功能，解决软件漏洞、延长整车控制器产品生命周期，还能让用户在不用去维修店、不更新硬件的情况下，优化车辆性能，提高客户粘度。相信随着汽车智能网联化趋势的发展，整车控制器远程升级的方法必将发挥更大的功能，迎来更广阔的市场。
参考文献：
[1]杜贵锋，李锐，陈姿霖，等.商用车FOTA实践与应用[J].汽车电器，2019（7）：10-11.
[2]王栋梁，汤利顺，陈博，等.智能网联汽车整车OTA功能设计研究[J].汽车技术，2018（10）：29-33.
[3]袁九宇，马江涛，程琳.车辆OTA系统的虚拟仿真测试平台[J].汽车实用技术，2020（6）：90-92.
[4]邱洪涛.交互更便捷功能更丰富——上汽通用汽车首次启动大规模车载互联系统OTA升级[J].世界汽车，2020（12）：116-117.