基于UDS协议的车载Bootloader设计与实现

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随着汽车智能化程度不断提高,车载应用软件需要修补漏洞或者添加新功能的频率越来越高,传统拆卸升级的做法不仅会损坏电路板还会耗费大量人力物力,造成巨大经济损失。为了适应市场需求,将嵌入式系统中的Bootloader技术与汽车的UDS协议结合起来,设计实现一款安全可靠且运行稳定的Bootloader软件尤为重要。本文先进行总体方案设计,再从硬件和软件两个方面分别设计如何实现车载应用程序的刷新。硬件设计以FS32K144为主控制器,对MCU最小系统模块、CAN通信模块、存储模块和看门狗模块进行电路设计。软件设计分为下位机Bootloader软件架构和上位机刷新工具两部分。下位机Bootloader软件架构主要分为诊断通信协议栈、刷新控制管理、安全模块以及内存管理与中断向量重映射四个功能组件。安全模块中采用基于HMAC算法的OTP动态口令认证技术限制非法上位机对控制器的访问。上位机基于CANoe软件设计,人机交互界面使用Panel Designer设计,通过环境变量实现界面组件与后台逻辑处理之间的双向控制。刷新流程的后台逻辑处理使用CAPL语言编程完成。最后,搭建上下位机联合调试的实物测试环境,进行上位机配置,并验证刷新功能和测试。测试阶段,设计了基本功能性测试验证了Bootloader的更新下载功能可行性;异常测试验证了更新下载功能的抗压性能;诊断协议自动化测试验证了ECU节点对UDS诊断服务请求响应的正确性。将OTP技术应用于Bootloader中生成Seed与传统Seed=F(CNT取样值)函数运算得出的Seed进行对比分析,以2 ms为取样周期,8000 ms内取样4000个Seed值,采用了OTP技术生成的Seed值不存在任何规律性,解决Seed重复出现的问题,限制了非法刷新工具对ECU的访问,提高刷新数据的安全性。通过以上测试结果分析,证明该系统运行稳定、抗压能力强、安全可靠,具有较高社会应用价值。
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