關于CAN控制器軟件數據完整性校驗方式及實現的研究

梁亞麗，范新欣，黃金山

（1.一汽奔騰轎車有限公司電子電氣開發部，吉林 長春 130012；2.中國第一汽車集團有限公司工程與生產物流部，吉林 長春 130012）

隨著整車控制器功能更新的日趨頻繁及控制器Bug修復需要，在控制器出廠后會在整車生產線、售后4S店等地通過OTA或物理介入等方式對控制器進行頻繁軟件更新。這就對數據完整性校驗有了嚴格要求，所以可靠的開發及控制策略顯得尤為重要。

1 數據算法簡介

比較通用的CAN數據完整性校驗算法主要有奇偶校驗、校驗和、CRC校驗。其中奇偶校驗檢測可靠性低，校驗和雖然檢測可靠性比奇偶校驗大大提升，但仍有1/256的概率無法檢測到數據傳輸中的錯誤。

CRC算法因其容易實現且容錯性強、可靠性強，故廣泛應用。CRC算法常用的有CRC8、CRC16、CRC32、CRC64，其中CRCX中的“X”為生成多項式的長度，X越大容錯性越強、計算越復雜。綜合考慮目前各主機廠常用的為CRC32，常用參數選擇如表1所示。

表1 CRC32參數選擇示例

2 CRC值計算及傳遞方案

根據校驗值及校驗算法集成和控制方式不同，CRC值的計算和傳遞方案主要有3種。

方案A：控制器供應商將其集成到控制器中，進行軟件刷新時，刷寫上位機根據集成算法計算出的CRC1與控制器計算出的CRC2比對，如相同則允許刷寫。

方案B：控制器供應商將根據該版軟件計算出的CRC2值存儲在軟件中固定位置或DID中傳遞給主機廠，主機廠上位機根據軟件（除去CRC2字段）計算出的CRC1與控制器中提取出的CRC2進行比對，如相同則允許刷寫。

方案C：控制器供應商傳遞更新軟件和獨立的CRC2給主機廠，主機廠上位機根據軟件計算出的CRC1與控制器供應商傳遞來的CRC2進行比對，如相同則允許刷寫。

3 方案分析

以上3種方案均能實現數據完整性校驗，其中方案A只能保障上位機傳輸到刷寫控制器的過程中數據未出現錯誤，而無法保障該軟件從控制器供應商到上位機的傳輸路徑上未出現被篡改等錯誤傳輸。但方案B和方案C則能保障從控制器供應商軟件設計完成到控制器刷寫全過程中數據的完整性。

以OTA刷寫為例分析數據傳輸過程（圖1），如果采用方案A進行數據完整性校驗，在以下數據傳輸的3個過程中均可能產生問題。

圖1 OTA數據傳輸過程

1）ECU供應商通過手動辦公傳遞至OTA后臺過程中。

2）自OTA后臺通過4G網絡傳遞至車輛過程中。

3）自車內刷寫上位機（一般為GW或TBOX）傳遞至刷寫目標控制器過程中。

在以上3個路徑中方案A可以通過兩次CRC值計算及校驗發現路徑2）和3）傳輸數據完整性，而無法校驗出路徑1）的問題。故這種方案不建議使用。

方案B和方案C的CRC值均從供應商軟件生成開始一直傳遞至刷寫目標控制器，故可以保障路徑1）、2）、3）的數據完整性。但此時CRC算法由控制器供應商集成于控制器內部，CRC值由供應商傳遞給OEM，故OEM無法得知其具體算法是否為OEM要求的算法。如此時控制器供應商未進行任何的數據完整性校驗，而隨便傳遞一個CRC值，這樣路徑1）、2）、3）均無從保障。

要想有效解決該問題，需要在測試環節加入CRC值的計算及驗證，將有效地確認ECU供應商是否按照OEM推薦的CRC算法進行開發，如圖2所示。為了更好地提升工作效率及便利性，將推薦算法（表1）編譯成可執行小程序，測試人員只需將HEX文件導入即可得到CRC值，并將其和供應商提供的值進行比對即可。

圖2 CRC驗證過程

方案B和方案C的數據完整性校驗的可靠程度是一樣的，但方案B需要將CRC值放置于軟件或DID中。如果放置于軟件中，需進行特殊設置確保該部分數據不參與CRC值的計算；如果放置于DID中，ECU供應商在零件下線時需要通過診斷指令寫入相應內容，這樣會增加下線寫入工作量。而方案C則不需該部分操作。故建議選用方案C。

方案C建議的流程及控制方法如圖3所示。

圖3 方案C控制過程

首先，OEM將算法（推薦變量按照表1選擇）傳遞給控制器供應商。

其次，控制器按其開發控制器并在開發完成后將相應的軟件及按OEM算法得到的CRC值打包傳遞給OEM測試，并提交測試樣件。

再次，測試工程師將供應商提供的軟件導入CRC計算小程序得到CRC值，并將其與供應商提供的值進行比對。如一致則進行控制器刷寫，在控制器刷寫過程中如果能正常通過驗證，則證明控制器是按照OEM提供算法進行開發的。

最后，經過驗證的控制器在供應商生產線、OEM生產線、售后等進行批量刷寫。

4 結束語

隨著電器功能復雜度及控制器數量的急劇增加，軟件刷寫頻率越來越高。為了提高刷寫效率，目前逐步從物理介入向OTA的遠程刷寫迭代。這樣信息安全問題就急劇凸現，為了更好地確定數據完整性必須要有可靠的開發及控制策略。本文對常見的控制策略及方法進行了細致的分析，為數據傳輸的完整性提供了技術保障和理論依據。