XCP协议

一、XCP的主从架构

XCP（Universal Measurement and Calibration Protocol，通用测量与校准协议）采用主从架构，这种架构明确了参与通信的设备角色和功能，使得系统的通信和管理更加有序。

• 主设备通常是测量与校准工具，例如 PC 上运行的校准软件。它在整个通信过程中起到发起者和控制者的作用。
• 从设备一般是被测量和校准的对象，常见的如汽车电子控制单元（ECU）、工业自动化中的控制器等。它主要负责响应主设备的命令。

主设备发送命令连接并开始，从设备在接收到后，再向主设备发送应答，可以采用一主多从的通信形式。

二、XCP 的协议组成

所有XCP通信都以XCP包的数据对象方式进行传输。
有两种基本的数据包类型：

• 传输通用控制命令的数据包：CTO（Command Transfer Object）
• 传输同步数据的数据包：DTO（Data Transfer Object）

三、XCP Packet Format

XCP报文由标识字段（Identification Field）、时间戳字段（Timestamp Field）和数据字段（Data Field）组成。

当交换XCP包时，主从双方都必须能够明确地识别任何传输的XCP包，包括其类型和数据字段的内容。
为此目的，XCP包基本上总是以标识字段开始，标识字段作为第一个字节包含包标识符（PID）。

1. CTO的标识字段

对于CTO报文，标识字段应该能够根据报文的类型识别报文，区分协议命令（CMD）、命令响应（RES）、错误报文（ERR）、事件报文（EV）和服务请求报文（SERV）。
对于CTO数据包，标识字段仅由PID组成，其中包含CTO数据包代码。

2. DTO的标识字段

对于DTO包，标识字段应该能够明确地标识DAQ列表和该DAQ列表中的ODT，它们描述了数据字段的内容。
对于每个DAQ列表，通过ODT_NUMBER的ODT编号从0重新开始：

因此，ODT_NUMBER的作用域对于DAQ列表是本地的，并且ODT号码在同一个从设备中不是唯一的。

3. absolute ODT number的标识字段

将相对而非唯一的ODT号映射到明确可识别的DTO包的一种方式是，通过“此DAQ列表的FIRST_PID”将相对ODT号映射到绝对ODT号，然后在DTO包内传输绝对ODT号。

absolute_ODT_NUMBER(ODT i in DAQ list j) = FIRST_PID(DAQ list j) + relative_ODT_NUMBER(ODT i)

FIRST_PID是该DAQ列表传输的第一个ODT的DTO包中的PID。
FIRST_PID由从设备决定，并在START_STOP_DAQ_LIST（DAQ列表j）上发送给主设备。

在分配FIRST_PID时，从服务器必须确保每个ODT都有一个唯一的绝对ODT号。
所有的PID也必须在PID（DAQ）和PID（STIM）的可用范围内。

对于标识字段类型为“绝对ODT号”的DTO报文，标识字段仅由PID组成，其中包含绝对ODT号。

4. Identification Field Type “relative ODT number and absolute DAQ list number”

将相对而非唯一的ODT号映射到明确可识别的DTO包的另一种方式是，将绝对DAQ列表号与DTO包中的相对ODT号一起传输。
对于标识字段类型为“相对ODT号和绝对DAQ列表号”的DTO报文，标识字段由PID（包含相对ODT号）、DAQ位（包含绝对DAQ列表号）和一个可选的FILL字节组成。

将DAQ列表号传输为BYTE，这减少了理论上可能的数据包数量，因为DAQ_LIST_NUMBER参数被编码为WORD。

如果必须满足XCP包的某些对齐条件，则有可能传输额外的FILL字节。

在GET_DAQ_PROCESSOR_INFO处的DAQ_KEY_BYTE，从机通知主机在将DAQ数据包传输到主机时将使用的标识字段的类型。主服务器在向从服务器传输STIM包时必须使用相同类型的标识字段。

5. Timestamp Field

XCP包可以选择性地包含时间戳字段。

对于CTO报文，时间戳字段不可用。
直接在标识字段之后的DTO数据包可能有一个包含时间戳（TS）的时间戳字段。

GET_DAQ_PROCESSOR_INFO的TIMESTAMP_SUPPORTED标志表示从机是否支持时间戳数据采集和激励。

使用SET_DAQ_LIST_MODE的TIMESTAMP标志，主机可以将DAQ列表设置为时间戳模式。

GET_DAQ_RESOLUTION_INFO TIMESTAMP_MODE中的TIMESTAMP_FIXED标志表示Slave总是以时间戳模式发送DTO报文。主服务器不能使用SET_DAQ_LIST_MODE关闭时间戳。

TIMESTAMP标志也可以用于DIRECTION = DAQ和DIRECTION = STIM。
对于DIRECTION = DAQ，时间戳模式意味着从设备在一个DAQ周期的第一个ODT的DTO包中传输其时钟的当前值。

对于DIRECTION = STIM，时间戳模式意味着主设备首先从从设备接收带有时间戳的DTO(DAQ)，然后在DTO包中为DAQ周期的第一个ODT回显从设备时钟的当前值。
通过这种方式，“时间戳”可以用作计数器，使从机有可能检查DTO（DAQ）和CTO（STIM）在功能上是否属于一起。

时间戳字段总是由TS组成，包含同步数据传输时钟的当前值。
同步数据传输时钟是从机中一个自由运行的计数器，它永远不会被重置或修改。
根据时间戳字段类型的不同，TS以BYTE、WORD或DWORD的形式传输。

在 GET_DAQ_RESOLUTION_INFO 服务中，通过 TIMESTAMP_MODE（时间戳模式）和 TIMESTAMP_TICKS（时间戳刻度），从设备会告知主设备在向主设备传输数据采集（DAQ）数据包时所使用的时间戳字段类型。主设备在向从设备传输刺激（STIM）数据包时，必须使用相同类型的时间戳字段。TIMESTAMP_MODE 和 TIMESTAMP_TICKS 包含了数据传输时钟分辨率的相关信息。

6. Data Field

XCP包最终包含一个数据字段。
对于CTO报文，Data Field包含了不同类型CTO报文的具体参数。
对于DTO包，数据字段包含同步采集和刺激的数据。

四、CTO（Command Transfer Object）Packets

CTO用于传输通用控制命令。

标识字段仅由 PID（Packet Identifier，数据包标识符）组成，其中包含 CTO（Command Transmission Object，命令传输对象）数据包代码。
时间戳字段不可用。
数据字段包含不同类型 CTO 数据包的特定参数。

1. Command Packet (CMD)

CMD(Protocol Command)，PID范围为 0xC0 ≤ CMD ≤ 0xFF，主机向从机发送的命令请求，从机据此识别命令。

1.1 Standard commands (STD)

1.2 Calibration commands (CAL)

1.3 Page switching commands (PAG)

1.4 Data Acquisition and Stimulation commands (DAQ)

1.5 Non-volatile memory programming commands (PGM)

2. Command Response packet (RES)

RES(Transferring Command Responses)，PID值为0FF，从机在接收到主机的CMD后，当命令被执行成功时，从机向主机发送肯定响应数据包。

3. Error packet (ERR)

ERR(Error Packets)，PID值为0XFE，当命令执行发生错误时，从机反馈错误数据包。

4. Event packet (EV)

EV(Event)，PID值为0xFD，当从机向主机报告一个异步的事件时，发送次数据包。

5. Service Request packet (SERV)

SERV(Service Request Packets)，PID值为0xFC，当从机需要主机做出某些动作时，从机向主机发送此数据包。

五、DTO（Data Transfer Object）Packets

DTO数据包传输同步数据包DAQ(Data Acquisition)和同步激励数据STIM(Data Stimulation packet)。

• FILL用于描述报文对齐信息
• DAQ表示DAQ列表的标识符
• TIMSTAMP为可选项
• Data存放数据

1. Data Acquisition Packet (DAQ)

PID（数据包标识符）包含范围在 0x00 <= DAQ <= 0xFB 之间的（绝对或相对）ODT（Object Descriptor Table，对象描述表）编号。
ODT 编号指向一个对象描述表，该表描述了剩余数据字节中包含哪些数据采集元素。

在DAQ模式下，从机周期性上传数据。

2. Synchronous Data Stimulation Packet (STIM)

PID（数据包标识符）包含范围在 0x00 <= STIM <= 0xBF 之间的（绝对或相对）ODT（对象描述表）编号，此处该编号用于刺激数据相关，记为 STIM。
该 ODT 编号指向一个对应的对象描述表（ODT），此表描述了剩余数据字节中包含哪些数据刺激元素。

在STIM模式下，主机周期性的向从机下载数据。

参考

• 5分钟看懂XCP协议
• 小猫爪：嵌入式小知识15-XCP基础简介