车辆OTA系统的虚拟仿真测试平台

10.16638/ki.1671-7988.2020.06.029
车辆OTA系统的虚拟仿真测试平台
袁九宇，马江涛，程琳
（泛亚汽车技术中心有限公司，上海210210）
摘要：文章首先介绍了车辆远程软件刷新升级及诊断过程中所使用的技术方案，继而给出了空中下载及诊断的工作原理。

在此原理基础设计了车辆空中软件升级及诊断的仿真测试平台的框架结构及软件工作流程，并在此测试平台上中实现了车辆空中软件升级和诊断的过程，完成了对于车辆空中软件升级和诊断的测试。

关键字：OTA；空中下载技术；CANoe仿真
中图分类号：TJ450.6 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2020)06-90-03
Simulation test platform for vehicle OTA system
Yuan Jiuyu, Ma Jiangtao, Cheng Lin
（PAN ASIA Technical Automotive Center, Shanghai 210210）
Abstract: This paper introduces the technical solution on vehicle remote software refreshing and diagnostic at first. Then it figures out the working principle of OTA download and diagnostic. Based on the principle, vehicle OTA simulation platform architecture and software flowchart are designed. Vehicle remote software refresh and diagnostic are achieved on this platform and validation can been done on it.
Keywords: OTA; Over-The-Air Technology; CANoe Simulation
CLC NO.: TJ450.6 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2020)06-90-03
引言
随着汽车电子的迅速发展，整车上的电子零件越来越多，变化也是越来越快，每一个新开发的车型平台都会有新的模块或者功能。

而且模块的功能也越来越复杂，如果某一个模块的软件出现缺陷都可能对于客户造成车辆舒适性甚至是安全性上的影响。

车辆上的模块的滞后升级譬如导航地图等，也可能导致客户在车辆体验上变差，使得他们对于品牌的好感度下降。

所以车辆空中软件升级系统的出现帮助解决了以下三个问题：（1）有效减少因软件问题导致的召回，降低车辆生产商的维修成本，也可以迅速帮助客户解决问题，减少客户来回经销商的时间成本。

（2）服务未来的智能驾驶系统，包括信息处理策略和地图的不断更新等。

（3）在已售出的车辆上增加新功能，提升用户体验。

从2013年起，特斯拉已经使用OTA进行了应用程序、地图、灯光、语音、空气悬架升高等在内的多处更新，并且实现了Autopilot在内的驾驶辅助功能的升级。

在此之后，其他汽车生产厂商也纷纷竞相仿效。

2016年11月，丰田汽车宣布，将采用OTA技术更新电子控制单元（ECU），由此可尽早修正ECU的漏洞，并且讨论了车辆上市后通过OTA追加新功能。

2017年1月，大众公司将使用OTA技术提供一些功能，车主通过订阅或试用等方式可以获得软件方面的升级，例如导航等。

2017年7月，通用汽车宣布在2020年以前推出能进行空中升级（OTA）的信息娱乐系统。

1 OTA 空中软件升级技术
OTA（Over-the-Air Technology）空中软件升级技术。

是
作者简介：袁九宇（1981.09-），男，上海，汉族，硕士研究生，经理，就职于泛亚汽车技术中心有限公司，研究方向：车身电子的硬件在环仿真和整车自动化集成测试。

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袁九宇 等：车辆OTA 系统的虚拟仿真测试平台
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通过移动通信（GSM 或CDMA ）的空中接口对SIM 卡数据及应用进行远程管理的技术。

OTA 技术是通过远程通信原有的移动通信（GSM 或CDMA ）的空中接口对于车辆上的Master 主控模块按照OMA-DM （Open Mobile Alliance Device Management ）协议与服务器进行连接，接收来自于OTA 服务器下发的地图更新包或者软件刷新包。

车辆上的Master 主控模块可以存储OTA 服务器下发的地图更新包或者软件刷新包，当车辆条件满足的情况下（譬如车辆挡位为P 档，车速为零，电源模式为OFF 等），通过HMI 中控屏幕向车主推送刷新请求，接收到车主的同意或拒绝的指令后，进行地图更新、电子模块的软件刷新或者继续存储地图更新包或者软件刷新包。

图1 OTA 技术策略图
2 OTA 空中软件升级的测试方法
OTA 空中软件升级的测试分为实车环境下的整车系统级测试和实验室仿真环境下的子系统级测试。

在整车环境中，所有的模块和总线环境都是真实的，所以测试人员只需通过OTA 服务器将地图更新包或者软件刷新包下发到实车的远程通信控制器上，测试人员通过创造出合适的整车条件来（譬如车辆挡位为P 档，车速为零，电源模式为OFF 等）触发主控模块（Master ）发送命令到HMI 中控屏幕来提示刷新，再模拟车主来接收或者拒绝空中软件升级并观测实际的软件升级结果。

在实验室仿真环境中，我们会使用仿真节点或者剩余节点仿真来模拟实际模块（除远程通信控制器模块和Master 主控模块外）的软件刷新响应，测试人员也会使用真实的OTA 服务器将地图更新包或者软件刷新包下发到实车的远程通信控制器上，并创造出合适的条件来触发主控模块（Master ）来提示刷新，但是空中软件升级的结果是通过仿真节点或者剩余节点仿真来模拟的。

3 OTA 空中软件升级的虚拟仿真测试平台
OTA 空中软件升级的虚拟仿真测试平台就是使用CANoe 工具将除远程通信控制器模块和Master 主控模块外其他整车上的电子模块使用仿真节点或者剩余节点仿真来模拟实际模块的软件刷新响应或者诊断响应。

对于空中软件升
级的原理来说就是远程通信控制器接收空中传输通道中接收到的软件刷新包，通过总线传输把刷新包传输给Master 模块，Master 模块首先将刷新包根据定义好的规则进行解密，然后对于刷新包中的电子签名进行认证，确认是正确的刷新包后再将其解构成具体的单帧或者多帧诊断指令再通过Master 模块发送给整车上的其他电子模块，Master 模块根据其他电子模块对于这些诊断指令的响应来做出成功还是失败的判断。

图2 仿真测试平台结构图
CANoe 工具是由德国维克多汽车技术公司生产的的并在汽车行业内广泛使用的总线测试模拟和诊断工具，是网络通信协议开发和ECU 模块网络通信功能开发、测试和分析的专业工具，支持从需求分析到系统实现的整个系统的开发过程。

此工具具有CAPL 这种类C 的程序语言编辑界面，和友好的可视化面板视图，可以进行大量的汽车总线诊断指令的批量化处理，而且处理时间非常迅速，可以实现毫秒的响应，完全适合空中软件升级的实时性的要求。

本仿真测试平台的原理是使用CANoe 工具中的CAPL 语言程序对于Master 模块发出的刷新命令或者诊断命令做出正确响应、否定响应或者无响应，这些命令遵照的是ISO 14229诊断规范。

其中正确响应指的是电子模块对于Master 模块的刷新或者诊断指令做出的正确接收的反馈；否定响应指的是对于电子模块对于Master 模块的刷新或者诊断指令做出的错误的反馈，反馈响应报文中会含有错误原因（譬如指令报文长度不符，报文累加和校验不符或者发送的条件不符规则）；无响应指的是电子模块对于Master 模块发送的指令没有任何反馈报文。

这些响应的规则都在电子模块的诊断文档中有详细说明。

不同的响应也会造成OTA 空中软件升级出现不同的结果。

ISO 14229诊断规范又被称为通用型诊断协议，它是一种不涉及网络通信机制，可以架设在各种网络下的应用层级
汽车实用技术
92 的诊断需求定义。

根据ISO 14229诊断规范，按数据长度上可以把诊断命令分为以下两个大类：单帧数据报文和多帧数据报文。

3.1 单帧诊断报文模拟
单帧诊断报文的模拟是仿真测试平台模拟ECU 模块接收到Master 模块发出的一条诊断指令后，返回单独的一条响应报文，来表示正确接收了诊断指令还是出现错误且拒收了诊断指令。

如果正确接收的诊断指令，ECU 或者仿真测试平台将会把Master 模块发送的刷新信息存储到寄存器中。

如果出现Master 模块发出的诊断信号错误，仿真测试平台会拒收此诊断指令的情况并在显示界面上进行报警提示显示。

仿真测试平台也可以被设置为不响应，来模拟ECU 模块出现故障无法响应Master 模块诊断指令的情况。

3.2 多帧诊断报文模拟
多帧诊断报文的模拟是仿真测试平台模拟ECU 模块接收到Master 模块发出的一条诊断指令后，需要返回多条响应报文，用来表示被升级模块的模块信息，譬如寄存器数据地址或者车辆识别号等。

其定义的流程为Master 模块发送一条诊断指令后，仿真测试平台返回第一帧报文响应后，Master 模块将发送一条流控报文（此报文不含任何信息），仿真测试平台然后继续发送剩余的报文信息最终完成所有报文信息的发送。

同样如果出现Master 模块发出的诊断信号错误或者需要模拟ECU 模块出现故障无法响应的情况，仿真测试平台都可以显示或者模拟。

总而言之测试系统平台对于Master 模块的所有诊断指令都可以选择性地做出报文响应，可以自由地选择响应报文地类型，并且在测试平台中进行显示，测试人员可以根据测试需要选择相应地响应报文来测试Master 模块对于OTA 空中软件升级地各类工作情况，以验证OTA 系统地稳定性和准确性。

4 结论
本文给出了使用CANoe 软件实现的OTA 空中软件升级模拟测试平台，可以实现基于OTA 技术的数据传输的远程车辆软件升级或者诊断的仿真测试。

随着移动通信的4G 乃至5G 业务的发展和普及，网络条件将会变得更加便捷和快速，使得基于此技术的车辆远程软件升级和故障诊断得以实现。

随之而产生的OTA 的问题也会越来越多，越来越复杂，需要广大汽车测试人员投入更多的时间和精力去开发针对OTA 技术的测试方法和系统平台。

在技术高度发展的汽车领域，汽车已经从一个简单的代步工具向数字化娱乐化的产品开始转变。

广大汽车生产企业必须通过不断的技术升级来使得消费者保持对于本产品的好感度，这种技术升级就可以通过OTA 技术来实现。

同时OTA 技术也可以迅速帮助客户解决一些汽车软件质量问题，改善车辆的客户体验程度。

OTA 技术在不远的未来必将成为新售车辆的标配，OTA 技术的测试也将成为各大汽车厂商重点开发的测试领域。

参考文献
[1] 郑琦.基于短消息的OTA 数据传输安全机制[J].通信与信息技术.
2010.
[2] 耿琦,葛亮,高东明,陈宇鹏,孙琦,赵沛时,齐光石.基于OTA 技术的
车辆远程数据刷写研究及应用.电子测试.2017.15.
[3] GSM03.48:Digital cellular telecommunications system-Security
Mechanisms for the SIM application toolkit.July 1999.
[4] ISO 14229-1 Road vehicles-Unified diagnostic services (UDS) Part1
Specification and requirements 汽车诊断协议标准 2013. [5] 徐雨晨.基于CANoe 的can 总线通信模拟研究.科技创新与应用.
2014.。