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來源：納芯微電子

什么是 OTA？OTA（空中升級技術(shù)）是通過無線網(wǎng)絡(luò)（如藍(lán)牙、Wi-Fi、蜂窩網(wǎng)絡(luò)）為設(shè)備遠(yuǎn)程更新程序的一種技術(shù)，無需連接電腦或?qū)Ｓ霉ぞ呒纯赏瓿绍浖墶?/p>

如今，OTA 已從消費電子逐漸擴(kuò)展到汽車等領(lǐng)域，車輛 ECU 可以通過 OTA 完成功能優(yōu)化、問題修復(fù)或新增功能。隨著 OTA 技術(shù)在汽車電子中的不斷普及，OTA 能力也開始從域控制器擴(kuò)展到各類邊緣節(jié)點設(shè)備。

本文以汽車執(zhí)行器節(jié)點為例，介紹基于 NSUC1610 的 LIN OTA 實現(xiàn)方案，并解析相關(guān)的軟件架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)。

01OTA 背后的“黃金搭檔”

Bootloader 與 UDS 協(xié)議

1.1. Bootloader：設(shè)備的啟動引導(dǎo)程序

類似于電腦開機(jī)時首先加載系統(tǒng)引導(dǎo)程序，再啟動 Windows 或 macOS，Bootloader 就是設(shè)備的啟動引導(dǎo)程序。它在設(shè)備上電后首先運行，負(fù)責(zé)初始化硬件、檢查系統(tǒng)狀態(tài)，并加載應(yīng)用程序（例如手機(jī)操作系統(tǒng)或汽車控制軟件）。在 OTA 升級過程中，Bootloader 還承擔(dān)著執(zhí)行程序更新的重要角色。

如果沒有 Bootloader，設(shè)備就無法識別新的升級包，也無法完成程序替換。因此，Bootloader 的穩(wěn)定性和可靠性直接關(guān)系到 OTA 升級能否順利完成。

1.2. UDS 協(xié)議：設(shè)備與外部系統(tǒng)的通信協(xié)議

要向設(shè)備發(fā)送升級指令，需要一套統(tǒng)一的通信協(xié)議。UDS（Unified Diagnostic Services，統(tǒng)一診斷服務(wù)）是一套國際通用協(xié)議。它定義了設(shè)備（如汽車 ECU、智能家居主控板）與外部系統(tǒng)（如 OTA 服務(wù)器或診斷工具）之間的通信規(guī)則，包括升級請求、身份驗證以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)汝P(guān)鍵流程。

UDS 協(xié)議支持多種通信接口，例如 CAN 總線、LIN 總線和以太網(wǎng)等。在汽車系統(tǒng)中，UDS 指令通常通過 CAN 總線進(jìn)行傳輸，而在一些物聯(lián)網(wǎng)或智能家居設(shè)備中，也可以通過 Wi-Fi 或藍(lán)牙等方式實現(xiàn)UDS 交互。

SID (服務(wù)ID)	名稱	作用
0x10	Diagnostic Session Control （診斷會話控制服務(wù)）	主要系統(tǒng)刷寫模式控制，包括APP與Bootloader的程序跳轉(zhuǎn)。
0x27	Security Access（安全訪問服務(wù)）	主要用于在刷寫前進(jìn)行安全訪問解鎖，以確保刷寫過程的安全性。具體安全校驗算法通常由各 OEM 自行定義，不同廠商之間差異較大。
0x22	Read Data By Identifier （根據(jù)標(biāo)識符讀數(shù)據(jù)服務(wù)）	主要用于讀取ECU的參數(shù)，一般0x22服務(wù)后面會跟上16 bit DID（數(shù)據(jù)標(biāo)識ID），告訴ECU要讀取什么參數(shù)，常見參數(shù)包括軟件版本號、硬件版本號等。
0x2E	Write Data By Identifier （根據(jù)標(biāo)識符寫數(shù)據(jù)服務(wù)）	主要用于寫入ECU的參數(shù)，一般0x2E服務(wù)后面會跟上16 bit DID (數(shù)據(jù)標(biāo)識ID) 以及參數(shù)內(nèi)容，告訴ECU要寫入什么參數(shù)和參數(shù)內(nèi)容，常見參數(shù)包括刷寫日期信息、刷寫者ID等。
0x31	Routine Control （例程控制服務(wù)）	主要用于一些刷寫過程控制，比如請求Flash擦除，請求數(shù)據(jù)完整性校驗，請求軟件兼容性校驗。

0x34	Request Download （請求下載服務(wù)）	主要用于在程序數(shù)據(jù)下載前告訴ECU：接下來要進(jìn)行數(shù)據(jù)下載，并指定下載地址及數(shù)據(jù)塊大小等信息。
0x36	Transfer Data （數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)）	主要用于數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，在傳輸 Flash 數(shù)據(jù)時，ECU 在接收完成后通常會按照既定流程執(zhí)行數(shù)據(jù)寫入或編程操作。
0x37	Request Transfer Exit （請求退出數(shù)據(jù)傳輸）	主要用于完成一個數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)后，退出數(shù)據(jù)傳輸。
0x11	ECU Reset（ECU 復(fù)位服務(wù)）	主要用于完成整個程序更新過程，ECU復(fù)位后跳轉(zhuǎn)至更新后的APP代碼執(zhí)行應(yīng)用程序。

02OTA 升級的“安全密碼”

從數(shù)據(jù)校驗到身份認(rèn)證

OTA 升級并非簡單的文件傳輸，還需要確保升級過程的安全性與可靠性。系統(tǒng)既要防止升級包在傳輸過程中被篡改，也要避免未經(jīng)授權(quán)的設(shè)備偽裝成服務(wù)器發(fā)送升級指令。為此，OTA 升級通常會引入多種安全機(jī)制，主要包括數(shù)據(jù)完整性校驗與身份認(rèn)證。

數(shù)據(jù)完整性校驗：CRC32 與 SHA256
CRC32 ：通過計算數(shù)據(jù)的循環(huán)冗余校驗值，對傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行完整性校驗，用于檢測升級包在傳輸過程中是否發(fā)生損壞或數(shù)據(jù)錯誤。
SHA256 ：一種常見的哈希算法，可將任意長度的數(shù)據(jù)生成固定長度的 256 位哈希值。只要原始數(shù)據(jù)有 1 比特變化，哈希值就會完全不同，能有效識別惡意篡改。

身份認(rèn)證：RSA 加密與數(shù)字簽名
RSA2048 + PSS 簽名：OTA 服務(wù)器使用私鑰對升級包進(jìn)行數(shù)字簽名，設(shè)備接收到升級包后通過對應(yīng)的公鑰進(jìn)行驗簽。只有簽名驗證通過后，設(shè)備才會執(zhí)行升級操作，從而確保升級包來源可信。
安全訪問服務(wù)（UDS SID 0x27）：在執(zhí)行升級操作前，設(shè)備通常會通過 UDS 的安全訪問服務(wù)進(jìn)行權(quán)限驗證。服務(wù)器需要提供相應(yīng)的安全憑證（如密鑰或挑戰(zhàn)響應(yīng)數(shù)據(jù)），驗證通過后系統(tǒng)才會開放刷寫權(quán)限，防止未授權(quán)設(shè)備強制刷寫。

實現(xiàn)算法相關(guān)要求	LIN時序相關(guān)要求
采用MASK+AES128+CRC32三段式安全訪問算法 RSA2048+PSS實現(xiàn)軟件驗簽傳輸數(shù)據(jù)時完成SHA256哈希算法的預(yù)計算	功能尋址僅執(zhí)行服務(wù)不回復(fù)，物理尋址回復(fù)且執(zhí)行服務(wù) 功能尋址幀插入物理尋址多幀中需要忽略功能尋址幀，保留物理尋址幀的解析執(zhí)行 LIN多幀時序超時要求NCr=1000ms，Nas=1000ms 其他LIN要求參考LIN 2.1標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)范

*表：來自主機(jī)廠的 LIN OTA 需求

03OTA 如何適配不同設(shè)備？

三大移植注意事項

對于汽車的不同零部件，OTA 需要適配差異較大的硬件環(huán)境。工程師在移植 OTA 方案時，通常需要重點關(guān)注以下幾個方面：

1	硬件資源適配不同設(shè)備的內(nèi)存、Flash 容量差異巨大。例如，一些資源受限的嵌入式設(shè)備通常需要采用分塊方式傳輸升級包，而性能更高的汽車 ECU 則可以支持整包下載。
2	通信接口兼容需根據(jù)設(shè)備的通信方式（CAN/LIN 總線、Wi-Fi、藍(lán)牙）對 UDS 協(xié)議實現(xiàn)進(jìn)行適配，以保證升級指令和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。例如，在 LIN 總線設(shè)備中，通常需要對長幀數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分處理，以避免通信過程中的數(shù)據(jù)丟失。
3	版本管理與回滾機(jī)制記錄設(shè)備當(dāng)前軟件版本，僅允許接收更高版本或官方指定版本的升級包。預(yù)留回滾機(jī)制：當(dāng)升級過程中出現(xiàn)異常（如斷電或硬件兼容問題）時，Bootloader 可以自動恢復(fù)到上一穩(wěn)定版本，避免設(shè)備無法正常啟動。

納芯微的NovoGenius系列包含嵌入式電機(jī)控制系列，氛圍燈驅(qū)動系列等，可應(yīng)用于汽車邊緣節(jié)點感知、智能執(zhí)行器以及氛圍燈控制等場景。

基于NSUC1610實現(xiàn)主機(jī)廠 LIN OTA 軟件框架：

軟件框架特點

采用自上而下的分層架構(gòu)實現(xiàn)各項功能；

模塊間通過回調(diào)和互斥鎖機(jī)制實現(xiàn)任務(wù)同步；

UDS APP主要通過輪詢 UDS 服務(wù)配置表處理診斷服務(wù)消息，同時對 LIN 配置識別服務(wù)表進(jìn)行處理。由于 0x7E 功能尋址無需回復(fù)，因此在 UDS APP 組件中進(jìn)行相關(guān)處理；

FLASH APP組件主要負(fù)責(zé) Flash 的擦除、編程等操作。相關(guān)操作通過狀態(tài)機(jī)運行，并與 UDS 任務(wù)進(jìn)行異步協(xié)同：UDS 觸發(fā) Flash 操作任務(wù)，而 Flash APP 通過狀態(tài)機(jī)完成實際的擦寫過程；

SHA256和RSA APP組件主要執(zhí)行哈希計算和數(shù)字簽名驗證任務(wù)，這些任務(wù)同樣由 UDS APP 異步觸發(fā)執(zhí)行；

TP APP主要負(fù)責(zé) LIN 傳輸層任務(wù)，在完成組幀后異步通知 UDS APP 進(jìn)行處理；當(dāng)收到解幀請求時，則運行解幀狀態(tài)機(jī)完成數(shù)據(jù)解析。

聯(lián)系我們

從手機(jī)到汽車，從智能家居到工業(yè)設(shè)備，OTA 技術(shù)正在不斷改變產(chǎn)品的生命周期管理方式。它讓硬件不再是“出廠即固定”的產(chǎn)品，而是可以通過軟件持續(xù)升級與優(yōu)化，逐步提升功能與用戶體驗。

當(dāng)設(shè)備提示“有新版本可用”時，背后往往涉及 Bootloader 的升級管理、UDS 協(xié)議的通信機(jī)制以及 RSA 等安全技術(shù)的保障。正是這些技術(shù)的協(xié)同工作，使設(shè)備能夠安全、穩(wěn)定地完成遠(yuǎn)程升級。

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納芯微電子（簡稱納芯微，科創(chuàng)板股票代碼：688052；香港聯(lián)交所股票代碼：02676.HK）是高性能高可靠性模擬及混合信號芯片公司。自2013年成立以來，公司聚焦傳感器、信號鏈、電源管理三大方向，為汽車、工業(yè)、信息通訊及消費電子等領(lǐng)域提供豐富的半導(dǎo)體產(chǎn)品及解決方案。

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