0x00前言
写下这篇文章的主要目的是记录下最近新实现的一个较为复杂的BOOT系统，以实现多机更新与多机型不同软件更新。本文分为两部分，前者是对于实际工况的相关抽象，后者是针对性的使用CAN总线网络进行数据建模与调研可行性。
阅读本文，您可能需要掌握的知识：
| 技能 | 熟练度 |
|---|---|
| 单片机 | 熟练 |
| BOOT-APP关系 | 了解 |
| CAN-基本 | 熟练 |
文章目录
- 0x00前言
- 0x01 工况环境
- 0x02 设备抽象
- 0x03 数据编码--地址
- 0x04 传输速率
- 0x14 传输格式
- 0x05 总结
- 更多
0x01 工况环境
当前工况环境主要是需要在工厂情况下，对于同一系列的多种不同的机型进行单次的更新，现在的设备环境为：一台PC机器，一台数据传输设备，多台同系列1、不同型号的机器。在此情况下，要实现所有机器全部一次完成更新，这就是BOOT需要完成的功能了。
当前程序大小设定为1MB，因为现在单片机的ROM量级来看，1MB已经算是很大的了。所以可以作为极限情况下的最长更新时间计算。
0x02 设备抽象
首先，根据工况分析可知，我们仅有一台更新输出设备，一台通信设备，以及未知数量、同一系列不同型号的机器。
根据上图可以得出：我们的设备暂时可以确认的是PC端（更新数据输出端），其他的设备都不一定保证。于是得出，我们需要两组程序，第一组为更新通信设备内的程序（BOOT或APP均可），第二组是更新设备内的BOOT程序。
现有工况设定为：所有设备全部连接在一起，且与更新通信设备进行连接，故我们可以使用三层的分级来抽象当前的更新设备。
网关
唯一的通信设备，上与PC通信，下与任意更新设备进行通信，原则上仅与主机通信，但是也可以直接与从机进行通信。
主机
主机指各个机型的第一台并入网关的机器，这样可以确认当前机器的更新源头。
从机
从机则为当前机型的后续添加机器，每组机器都可以直接并入网络。
其中，网关与各主机进行通信，各主机与从机通信或各从机与网关通信。这样就可以确认当前设备的更新次序：网关–>主机–>从机。
0x03 数据编码–地址
上文所述，网关、主机、从机在同一个网络下。而根据组网要求，我暂时以CAN为物理传输网络定义。主要原因为：CAN具有物理ID设定，定义较为简洁；CAN原生支持多设备并接且定义较为完整。当前工况设置为CAN速率为：500Kb/s、标准帧ID（0~7FF、11位、2048数据）。[^2]
网关
网关作为当前数据的中心，优先等级应为最高，分配到的ID为0x000H,这样可以保证当前数据可以最先传输到主机，以保证更新速率。
主机
主机作为从机的根本，规范很重要，自定义的空间也很大，标准帧为11位。一般根据当前需要的机型个数来进行选择，现在工况要求可以选择在4位。
从机
因为是数据接收元，所以当前的数据优先级最低，故从机可以当作最低的位置。
于是，可以得到已下图为ID组成部分的表格。
| 机型定义 | 机型位数 | 机型个数 |
|---|---|---|
| 主机 | 4位 | 15组 |
| 从机 | 7位 | 128个 |
| 网关 | 1位 | 一个（共享主机位置） |
但是，需要特别注意的是，CAN数据是高位的左移发送数据的模式，也就是说，数据的组成需要与常识的优先级相反，为低位优先级。 这个之后我也会写相关的文章进行分享，现在大家只需要知道是这个现象即可。
由上图也可以看出，可以分配的机器足有15*128=1920个，而受制于CAN网络的数据传输能力，机器保持在20~50还是可以保证安全的。再往上也许就要注意当前CAN总线的终端电阻与各个机器之间的连接线EMC了。
0x04 传输速率
根据当前的CAN速率计算，在80%总线使用率的情况下，500Kb/s最多只会发挥400Kb/s，而保守估计，一帧CAN数据约130bit的波形输出.具体的原因在后续我的博客也会解释。这样，每秒最多可以发送3K组左右的波形数据。每一组数据有8个有效数据位。由此可以确认，在最安全与最快的情况下，一秒最多可以发送有效数据为24K。但是受制于BOOT需要传输数据包，会对数据区有一定的损坏，所以传输速率应该在10~20K左右。而之前工况定义的更新数据为1MB，也就是说，更新一台机器约需要50S，但是单个主机更新所有从机最快也要100S左右（广播模式下，如果单个机器进行更新，每台机器更新都需要50S左右，这个需要根据当前的速率与稳定性进行选择）。
0x14 传输格式
因为使用了CAN总线的传输方式，所以暂时也使用了CAN总线中，关于CAN-UDS相关的传输定义格式。此协议栈针对CAN总线定制，对于CAN总线的优化较大，其他的协议都很难达到20K左右的传输速率。如果需要使用别的传输协议，就需要在修改当前的传输协议中，加入Address相关的定义即可。
具体的介绍，参见我的博客 记：从零开始讲解UDS（一）——协议概述
0x05 总结
本文主要介绍了根据当前工况进行相关数据与系统建模，调研当前系统是否满足当前工况。根据上述分析可得，这种实现方式可以满足工况的需求，下篇文章我将讲述具体的实现方式与架构的详细介绍。
因为个人思考可能会有一定的局限性，所以如果又哪里不对的地方，还请各位不吝指教。
更多
本文首发自 记：关于一种多机更新Boot的设计与实现（一）——架构与初始化，更多文章可进入我的博客详查。
系列定义为通信方式一致，如所有机器更新通信方式均为2.4GHz WiFi。但是需要注意的是，当前通信方式一定需要保证可以多机通信。
[^2] CAN使用标准帧的原因主要是因为标准帧要比扩展帧少发送约36个波形。这样在500Kb/s下每秒多发送12Kb左右的波形数据 ↩︎
