基于μC/OS-II的整車控制器系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)

混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)的子系統(tǒng)眾多，其中整車控制器作為實(shí)現(xiàn)駕駛員駕駛需求和能量安全的管理系統(tǒng)，需要協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)、扭矩、電機(jī)和電池的功率在不同工況下的合理分配，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量回饋，并控制外圍設(shè)備(如空調(diào)、燈光)，以達(dá)到最佳的節(jié)能排放效果。系統(tǒng)任務(wù)的復(fù)雜性和強(qiáng)電磁干擾環(huán)境都對整車控制器的實(shí)時(shí)性和可靠性提出了重大挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的單任務(wù)循環(huán)式的程序控制模式難以滿足需求，本文采用了開放源碼的嵌入式操作系統(tǒng)μC／OS-II設(shè)計(jì)整車控制器系統(tǒng)軟件。

1 整車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

所開發(fā)的全混合動(dòng)力轎車是天津市重大專項(xiàng)課題，以長城哈佛SUV轎車為平臺。該車動(dòng)力系統(tǒng)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)、交流發(fā)電機(jī)和高性能的鎳氫電池、行星架動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)以及DC-AC逆變器組成。整車控制器采用總線與發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、電機(jī)控制器和動(dòng)力電池組管理系統(tǒng)交換信息，并且預(yù)留了1路CAN以便后期與車身系統(tǒng)通信。

整車控制器根據(jù)駕駛員輸入信號，結(jié)合電池組狀態(tài)和車輛當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)一定的策略控制各個(gè)子系統(tǒng)的工作，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示。



2 整車控制器硬件設(shè)計(jì)

ECU的硬件設(shè)計(jì)按照模塊化原則，可分為如下幾個(gè)功能模塊：微控制器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、功率驅(qū)動(dòng)及保護(hù)模塊、D／A轉(zhuǎn)換模塊、電源模塊、通信模塊、顯示及報(bào)警接口和標(biāo)定診斷接口等。采用Infineon公司的XC164CS微控制器，它基于增強(qiáng)的C166SVZ內(nèi)核，并在性能上優(yōu)于其他16位微控制器：內(nèi)部集成DSP功能、擴(kuò)展的中斷處理能力、強(qiáng)大的片上外設(shè)以及高性能片上Flash，如圖2所示。



3 μC／OS-II的移植

μC／OS-II嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)采用ANSI C語言編寫，具備很好的可讀性和可移植性；對硬件資源要求不高，在大多數(shù)8位、16位微控制器上都可以實(shí)現(xiàn)移植。

3.1 μC／OS-II的啟動(dòng)

首先要調(diào)用硬件驅(qū)動(dòng)程序?qū)τ布M(jìn)行初始化設(shè)置，然后調(diào)用系統(tǒng)初始化函數(shù)OSlnit()初始化μC／OS-II所有的變量和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

啟動(dòng)μC／OS-II之前建立1個(gè)應(yīng)用任務(wù)。OSlnit()建立空閑任務(wù)idletask，這個(gè)任務(wù)總是處于就緒態(tài)。空閑任務(wù)OSTaskIdle()的優(yōu)先級設(shè)成最低，即OS_LOWEST_PRIO。多任務(wù)的啟動(dòng)需要用戶通過調(diào)用OSStart()實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然還有其他設(shè)置，這里不再一一介紹。

3.2 μC／OS-II的移植

μC／OS-II操作系統(tǒng)在XC164CS微處理器上的移植主要實(shí)現(xiàn)對3個(gè)文件OS_CPU.H、OS_CPU_C．C、OS_CPU A.ASM的處理。

3.2.1頭文件INCLUDES.H

INCLUDES.H頭文件應(yīng)被包含到所有C文件的第1行。盡管包含不相關(guān)文件可能會(huì)增加文件的編譯時(shí)間，但增強(qiáng)了代碼的可移植性。用戶可以編輯增加自己的頭文件，但必須添加在頭文件列表的最后。

3.2.2 OS_CPU.H文件

OS_CPU.H文件中包含與處理器相關(guān)的常量、宏和結(jié)構(gòu)體的定義。針對XC164CS處理器，定義堆棧數(shù)據(jù)類型為16位，棧向下遞減；將μC／OS-II控制中斷的2個(gè)宏OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()定義為微控制器關(guān)閉(SETC)和打開(CLRC)中斷的指令；聲明OS_TASK_SW()函數(shù)，中斷服務(wù)程序ISR的入口指向函數(shù)OSCtxSw()。



3.2.3 OS CPU A.ASM

μC／OS-II移植時(shí)要求用戶編寫4個(gè)匯編語言函數(shù)：OSStartHighRdy()、OSCtxSw()、OSIntCtxSw()和OSTickISR()。

(1)OSStartHighRdy()

調(diào)用該函數(shù)使處于就緒狀態(tài)的優(yōu)先級最高的任務(wù)開始運(yùn)行。由于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是不返回的函數(shù)，所以調(diào)用后需移去堆棧棧頂?shù)姆祷氐刂?，然后?zhí)行用戶調(diào)用函數(shù)OSTaskSwHook()，最后開始運(yùn)行多任務(wù)，獲得優(yōu)先級最高的任務(wù)的指針，根據(jù)這個(gè)指針從任務(wù)堆棧中恢復(fù)所有寄存器，恢復(fù)完后執(zhí)行中斷返回，運(yùn)行就緒態(tài)任務(wù)。