1 研究背景

1.1 CAN/CANFD协议

CAN协议，全称为“控制器局域网络（Controller Area Network）”，是目前各大主机厂广泛应用的一种通信协议，多应用于整车ECU数量偏少的车型上。该协议基于多主节点广播通信机制，CAN总线将汽车内部各电控单元之间连接成一个局域网络，实现了信息的共享，形成完整的车载网络通信体系。

伴随着车辆ECU数量的增加，自动驾驶领域逐渐开始兴起，汽车电子对总线宽度和数据传输速率的要求也越来也高。CANFD协议作为CAN协议的升级版本，于2012年发布。CANFD维持了大多数CAN的特征，最大的改变为提升了传输的数据量。相对于CAN而言，CANFD将传输速率提升8倍。在一些特定情况下仅使用传统CAN的ECU上，逐步引入CANFD节点，为各大主机厂上节约了升级成本。

1.2 研究现状UDS

诊断，别称“统一诊断服务”，通过其定义的一整套诊断命令便可实现与车辆ECU之间的通信。这一套在传统OSI七层模型中位于最后一层应用层，而CAN与CANFD协议位于网络传输层，在UDS诊断中，主机厂常用的命令通常涵盖：数据传输、输入输出控制、例程服务、上传下载控制及安全访问。

目前，汽车电子架构的革新、市场消费需求的激增刺激了驱动刷写升级的亟待需求，主要体现在ECU数量激增和国内新能源汽车形势利好两个方面。

（1）ECU数量激增：2000年前，燃油车ECU数量不足10个；2000～2015期间，ECU增至20个左右；2015至今，辅助驾驶、智能座舱等需求推动ECU数量突破30～50个，代码量陡增。

（2）国内新能源汽车形势利好：目前市场新能源车辆销量攀升，国内传统主机厂比亚迪、奇瑞汽车、吉利汽车，新势力“蔚小理”以及互联网企业参与的品牌小米、“四界”均有开拓产线生产高端新能源车辆需求。

因此需要一种快速、可靠且能兼容ISO-14229标准的协议，所以以太网也逐步应用在汽车的刷写领域中。

2 相关理论

2.1 DoIP简介

DoIP（Diagnostic over Internet Protocol）作为车载以太网ISO13400-2的核心诊断协议，凭借高带宽、灵活路由与多会话支持特性，成为下一代车载刷写技术的理想载体。

DoIP通过IP分片机制传输超长数据包，相对于CANFD，速度提升20倍。同时，DoIP仍然遵循传统的TCP/IP模式，这意味着它仍然支持原生IPv6协议栈，鉴于IPv6已是一个泛化使用且稳定性极强的协议栈，这对未来DoIP的大面积推广使用奠基了可靠的基础。主机厂仍可使用OBD接口，不需要额外采购设备，即可在原有的产线上完成刷写节拍的提升。

2.2 多线程介绍

多线程是实现并行计算范式的核心方法之一。以典型文件传输场景为例进行类比诠释：单个下载任务实例可映射为独立线程实体，多任务实例的协同运作即构成多线程架构。当系统支持多个下载任务在时间或空间维度上同步执行时，此类任务的同步执行即为并发操作的具体表现形式。

当并发的线程数量增多时，每个线程仅执行了短暂的任务即被中止销毁，如此频繁的创建线程—执行任务—销毁线程的流程会显著降低系统运行的效率，因此多线程中应运而生了线程池这一概念，避免了线程频繁创建与销毁。

结合更快的传输协议DoIP与并行策略可大幅度缩短多ECU刷写时间，可应对市场激增的高端新能源汽车需求。

3 DoIP多线程刷写方法

此刷写方法基于DoIP协议构建分层式架构，整体流程采用“总—分—总”的模式进行刷写，与传统以ECU数量简单确定分支数量不同，此方法首先采用总刷左域网关的模式，其次将剩余模块分为8个线程，进行8分支并行刷写。最终对电池管理模块进行单路刷写，对所有模块进行特殊复位处理。

3.1 多线程调度

传统单线程刷写模式因串行执行效率低下与资源利用率不足，难以满足多ECU并发升级需求。首先，多线程可将多个ECU的刷写任务分解为独立子任务，通过线程池动态调度，实现物理层带宽资源的全利用率，通过任务划分、优先级排序及动态资源调度，确保多ECU刷写的实时性、可靠性与效率。

首先选择以单线程的模型刷写左域控网关，皆因其作为网络中枢，需优先更新以确保后续通信稳定性，同时避免了左右域网关并行刷写引发的崩溃，以时间换取后续刷写的稳定性。其次八分支并行刷写，将ONEBOX分别置于两条不同分支，最大化节省时间。最后将电池管理置于八分支之后，确保BMS可读取车速信号，既符合安全法规，又保证刷写的成功率。整体刷写流程如图1所示。

图1 ECU刷写流程

3.2 复位策略设计

为保证每个分支刷写能够顺利进行，减少故障发生率，针对性地设计了一套复位策略。整体复位流程如图2所示。

图2 复位流程

不同于传统的即刷即复，首先于单线程刷写网关结束时，对左网关进行统一复位，确保左网关已激活最新配置，保证后续刷写通信成功。其次为了响应安全法规需要，特定ECU需读取车速信号的需求，ONEBOX于刷写完后即刻复位，确保特定ECU可读取车速信号。而后八分支刷写ECU除右域网关外，于并行流程结束后统一复位，确保不会因右域网关造成其它ECU的复位失败。最终于并行流程结束后依次对BMS、右域网关进行复位。

本套复位流程既非即刷即复，也非并行结束后的统一复位，而是设计了特定的复位时序，既满足了安全法规的需要，也保证了整体刷写过程的成功率。

4 试验

试验采用的硬件设备为MFT手持电检仪（支持DoIP协议），产线设备实况如图3所示。

图3 MFT实况

试验车辆使用DoIP架构的高端纵横系列车辆，产线刷写16个关键ECU模块，涵盖动力总成、驾驶辅助、车身控制和底盘控制等功能域。首先使用串行架构刷写整车的16个ECU，再使用并行架构方法刷写。比较刷写时间，证明了采用并行架构的优势，试验结果见表1。

当采用并行刷写架构时，时间效率得到了显著的提升，时间压缩为原有的48.8%。为了保证刷写的稳定性，提出特定时序复位策略，同时也将调试车辆使用的即刷即复，对并行后复位策略进行了统计，试验结果均为产线试制车调试，见表2。

5 结语

针对传统刷写使用CAN/CANFD的性能瓶颈，本方法结合了DoIP与多线程，使用了基于DoIP协议的并行刷写方法，同时结合定时复位的策略，提升了多ECU的刷写时间，可将刷写时间压缩至串行模式的48.8%。尽管本方法在并行刷写效率与稳定性上取得显著进展，但随着L4+级自动驾驶的快速发展，车载ECU数量可能突破200个，需适配分布式集群架构并引入边缘计算节点实现跨域协同,以支撑下一代车载技术演进。

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