來源：車端
1 OTA技術概念
随着高級輔助駕駛的發展和自動駕駛的引入，汽車變得越來越智能，這些智能汽車被軟件控制，裝有巨量的軟件程序，當出現一個軟件程序問題或者更新時，如果按照傳統的解決方式，那都将是一項很繁重的任務。以某車上市後出現的刹車邏輯問題為例，按照傳統的解決方案，那麼所有該車輛先将被召回，然後派人更新軟件。這樣，一方面影響用戶體驗和滿意度，另一方面又要耗費大量的人力物力來修複問題。
為了解決傳統方式的痛點，使得軟件更新更迅速，一種遠程升級軟件的技術OTA被引入到汽車行業。汽車遠程升級技術OTA(Over-the-Air)是指通過移動通信網絡（2G/3G/4G或Wifi）對汽車的零部件終端上固件、數據及應用進行遠程管理的技術。簡單來說OTA技術實現分三步：首先将更新軟件上傳到OTA中心，然後OTA中心無線傳輸更新軟件到車輛端，最後車輛端自動更新軟件。
也就是上述刹車邏輯問題的解決方式就變成了更新軟件無線傳輸到車輛并自動完成更新，完美地解決傳統方式的痛點，顯然我們可以看出OTA技術的優勢：
而且随着汽車行業已進入軟件定義汽車的時代，對售後汽車售賣各種各樣功能的新商業模式興起，也要求汽車必須具備OTA功能。這裡準确地說，OTA分為兩類，一類是固件在線升級FOTA（Firmware-Over-the-Air），是指不改變車輛原有配件的前提下，通過寫入新的固件程序，使擁有聯網功能的設備進行升級，包括車輛的發動機，電機，變速箱，底盤等控制系統，比如特斯拉曾通過FOTA新增過自動駕駛功能、增加過電池容量和改善過刹車距離等。
另一類是軟件在線升級SOTA（Software-Over-the-Air），是在操作系統的基礎上對應用程序進行升級，是指那些離用戶更近的應用程序，UI界面和車載地圖、人機交互界面等功能，像娛樂系統更新操作界面或主題，下面将以FOTA技術應用來進一步了解。
2 OTA技術架構
當前智能網聯汽車的OTA架構由OTA雲端，OTA終端和OTA升級三部分組成，如下所示。
這裡，OTA雲端為OEM專屬的雲端服務器平台，OTA終端采用TBox，網絡架構采用功能域劃分方式。考慮到本文對OTA技術介紹的完整性，但重點不在說明OTA技術架構，而是旨在說明車内嵌入式設備ECU等的升級方案，故引用《智能網聯汽車的OTA升級方案》供相關朋友再做進一步研究。
針對ECU升級的過程描述：FOTA 系統主要通過車載移動互聯網進行數據上報及下行傳輸，通過車内網對車内設備單元進行數據刷寫。典型的 FOTA 系統網絡安全主要由 OTA 遠程管理平台端、 TBox 端（4G LTE）、中央網關、域控制器端及數個 ECU 等節點組成。
FOTA 系統網絡安全性需要确保升級包在遠程服務器端的安全存儲、後台服務器到車端的安全加密通訊、中央網關的升級包解密、防火牆和 OTA 管理，以及車内網絡基于對稱加密的安全通訊和安全 Bootloader 等要素。
3 ECU的OTA技術實現方案
本部分主要介紹車内嵌入式設備ECU的OTA技術實現方案，也就是整車控制器，發動機控制器，變速箱控制器和電池管理控制器等實現OTA升級，可以采用怎樣的實現方案。從上文可知，在車輛端，OTA實現是從TBox 端（4G LTE）經網關，通過總線通訊（CAN或以太網）将軟件刷寫到車内嵌入式設備ECU（目标ECU）。那麼具體刷寫到目标ECU還是其他存儲設備？以及又将如何啟動新軟件運行？下面将詳細介紹，不過為了更好地理解ECU的OTA實現方案，先解釋下分區刷寫和地址映射的概念：
3.1 分區刷寫與地址映射的概念
關于軟件刷寫，經常會看到需求“要求支持Bootloader，BSW，ASW和标定等獨立刷寫”，這是怎麼個概念呢？下面進行詳細解釋：對于汽車ECU軟件研發來說，所謂軟件要麼是模型，要麼是C/C 代碼，但最終都會變成一個二進制文件，比如HEX, S19, Bin等格式。這個文件将會被刷寫到ECU的非易失性存儲單元（内存）。
像英飛淩TC2xx系列采用的内存是Flash，存儲程序叫做PFlash，存儲數據叫做DFlash。為了合理有效使用這些内存，同時也方便管理，通常我們會分配這些内存的用途，以下圖的PFlash分配為例，分配2MB存啟動軟件Bootloader，2MB存底層軟件BSW和2MB存應用層軟件ASW。針對前面需求，不難理解客戶的意思，就是需要能隻更新其中一個，比如ASW，而其他不變，即Bootloader和BSW不變。當然，OTA本質上就是實現軟件遠程刷寫，當然會有這樣的需求，所以在此先介紹第1個概念--分塊刷寫、分區刷寫。
第2個概念--地址映射，上面進行了内存分配，那麼我們寫代碼時候，怎麼保證代碼就能放入規定的内存空間，比如說ASW的軟件代碼怎麼能放在規定的内存空間，更準确第地說，ASW代碼編譯完成後的地址怎麼會在0x8040 0000 - 0x805F FFFF範圍。需要使用#pragma用法來實現，以一個ASW函數QxyDemo的定義為例，
Qianyixing_sdata的地址範圍屬于上圖規定的ASW内存空間，通過所示#pragma的用法，那麼QxyDemo編譯後二進制代碼的地址将在Qianyixing_sdata内，也就意味着在0x8040 0000 - 0x805F FFFF範圍。
通過上述這個過程，其實我們建立ASW C/C 代碼與ECU Flash地址的映射，這樣就能保證ASW二進制代碼刷寫到預期的ECU PFlash地址，同理Bootloader和BSW。當軟件運行時，就可以通過有序地訪問來自PFlash地址的ASW内容，執行ASW預期的操作和運算。
3.2 幾種OTA實現方案
在介紹了分區刷寫和地址映射的概念後，下面來了解ECU的OTA實現方案。總的來說，OTA實現方案分為兩種，一種與通常的刷寫方式一樣，即先擦除當前版本軟件，再刷寫新版本軟件，但這種方法有個隐患，就是新軟件有問題時，由于舊軟件已經被擦除，沒有備份，恢複會很麻煩，因此就提出了另一種，即A/B交換。
A/B交換就是内存中會分兩塊區域，一塊存放當前版本軟件，另一塊存放舊版本軟件。當OTA升級新版本軟件時，新版本軟件将代替舊版本軟件，這時，一塊放的是當前版本軟件，另一塊放的是新版本軟件。再激活運行新版本軟件，此時原先的當前版本就變為舊版本軟件，作為備份，以防運行的新版本軟件有問題，可以及時回滾恢複。
這裡，對于A/B交換方案，其實有三種實現方案：
第1種，基于硬件輔助的A/B交換方案。該方案要求ECU内存足夠，而且支持地址重映射，也就是當新版本軟件刷寫完成，通過更新映射地址來激活新版本軟件，即新版本軟件運行的入出地址不變。
第2種，A/B交換方法與第1類的差别在于ECU硬件不支持地址重映射，激活新版本軟件的入出地址變化。
第3種，基于外擴内存的A/B交換方案，該方案是需要額外的外擴内存，備份當前版本軟件和舊版本軟件，新版本軟件會先刷寫原先的舊版本軟件空間，然後擦除ECU内存的當前版本軟件，刷寫新版本軟件，完成激活。
針對以上三種A/B交換方案，
注：回滾（Rollback）指的是程序或數據處理錯誤，将程序或數據恢複到上一次正确狀态的行為。回滾包括程序回滾和數據回滾等類型。
3.3 新版本軟件
上述OTA升級刷寫的新版本軟件，一般分為兩類。一類是通常理解的新軟件替換舊軟件。
像車輛ECU的大部分軟件很小，都采用這類，但像車輛的娛樂信息系統和車載地圖等的軟件很大，可能采用另一類：差分文件。
引自[6]: 由于車載網絡的帶寬資源和計算資源等有限，通常不在其上直接傳輸完整升級文件而是選擇通過差分算法傳輸增量升級文件然後再通過相應還原算法計算出原完整升級文件，以減少傳輸過程中的時間消耗以及對車載網絡本身的使用負載。差分算法是指在雲服務器端比較新、舊版本之間的差異并生成差分 delta 文件，然後将該文件傳輸到車輛客戶端，由車輛客戶端根據接收到的差分 delta 文件和舊版文件還原成新版文件。因差分 delta文件的大小遠小于源文件，所以有利于無線傳輸，同時節省流量，能夠提升整個傳輸過程的安全可靠性和經濟性。
以上就是從ECU角度介紹了OTA技術實現方案的大體思路，當然在此基礎上，還有若幹OTA技術關鍵問題有待深究，比如設計要求方面：OTA升級時間，異常恢複處理，信息安全等；另外，從軟件實現角度，OTA升級又如何去實現。
Reference：
[1] OTA Software Update Technology for Vehicles – Highly Reliable and Quick Updates : Research & Development : Hitachi
[2] Software_Update_and Upgrade Over thr Air
[3] 智能網聯汽車的OTA升級方案 PDF
[4] 基于OTA的車輛ECU軟件遠程刷寫系統 PDF
[5] OTA Updates - Requirements for a Full System Solution
[6] 智能網聯汽車FOTA系統安全機制的研究與實現 PDF
[7] 空中下載技術在商用車上的應用 PDF
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