基于μC/OS-II實(shí)時(shí)系統(tǒng)的CAN總線遠(yuǎn)程通信模塊設(shè)計(jì)
3. μC/OS-II在2407上的移植
絕大部分μC/OS-II的源碼是用移植性很強(qiáng)的ANSI C寫的,只有和微處理器硬件相關(guān)的那部分是用匯編語言寫的。而TI公司提供的編譯器Code Composer Studio (C2000) V2.20支持C語言和匯編語言開發(fā),筆者在此編譯器的基礎(chǔ)上完成了μC/OS-II的移植。移植工作主要集中在三個(gè)文件的修改工作:修改頭文件OS_CPU.H相關(guān)的內(nèi)容,包括:數(shù)據(jù)類型定義、堆棧增長方向、中斷相關(guān)的一些宏定義等;OS_CPU_C.C中編寫任務(wù)堆棧初始化函數(shù)及系統(tǒng)HOOK函;OS_CPU_A.ASM中編寫四個(gè)匯編語言函數(shù):OSStartHighRdy(), OSCtxSw(), OSIntCtxSw()和OsTickISR()。
具體移植過程由于不是本文重點(diǎn),恕筆者不再詳述。
4. 基于緩沖隊(duì)列支持下的CAN總線驅(qū)動程序設(shè)計(jì)
驅(qū)動程序是連接底層的硬件和上層的API函數(shù)的紐帶,有了驅(qū)動程序模塊,就可以把操作系統(tǒng)的API函數(shù)和底層的硬件分開來。任何一個(gè)硬件的改變、刪除或者添加,只需要隨之改變、刪除或者添加提供給操作系統(tǒng)的相應(yīng)的驅(qū)動程序就可以了,并不會影響到API函數(shù)的功能,更不會影響到用戶的應(yīng)用程序。同時(shí),為了保證在實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)中,對硬件訪問的唯一性,系統(tǒng)的驅(qū)動程序要受控于相應(yīng)的操作系統(tǒng)的多任務(wù)之間的同步機(jī)制。
(1) μC/OS-II的通信機(jī)制
μC/OS-II在處理任務(wù)之間的通信和同步的時(shí)候,主要通過以下幾種方式:信號量(Semaphore),郵箱(Mailbox),消息隊(duì)列(Queue)和互斥信號量(Mutex)。具體的通過事件控制塊(ECB)來實(shí)現(xiàn)。μC/OS-II中定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)OS_EVENT能夠維護(hù)任務(wù)間通信和同步的所有信息,該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不僅包含了事件本身的定義,如信號量的計(jì)數(shù)器、指向郵箱的指針、指向消息隊(duì)列的指針數(shù)組、互斥量中能否獲得資源的Flag和正在使用該互斥量的任務(wù),還定義了等待該事件的所有任務(wù)列表。事件發(fā)生后,等待的優(yōu)先級最高的任務(wù)進(jìn)入就緒態(tài)。
(2) 緩沖隊(duì)列的設(shè)計(jì)和通信任務(wù)的配合
在微機(jī)系統(tǒng)中,一般串行設(shè)備或者其他字符型設(shè)備都存在外設(shè)處理速度和CPU速度不匹配的問題,所以需要建立相應(yīng)的緩沖區(qū)。向CAN口發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),只要把數(shù)據(jù)寫到緩沖區(qū),然后由CAN控制器逐個(gè)取出往外發(fā)送。從CAN口接收數(shù)據(jù)時(shí),往往等收到若干個(gè)字節(jié)后才需要CPU進(jìn)行處理,所以這些預(yù)收的數(shù)據(jù)可以先存在緩沖區(qū)。緩沖區(qū)可以設(shè)置收到若干個(gè)字節(jié)后再中斷CPU,這樣就避免了因?yàn)镃PU的頻繁中斷而降低系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。
在對緩沖區(qū)讀寫的過程中,經(jīng)常會遇到想發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候,緩沖區(qū)已滿;想去讀的時(shí)候,接受緩沖卻是空的。對于用戶程序端,采用傳統(tǒng)的查詢工作方式,頻繁的讀取使得程序效率大為降低。如果引入讀、寫兩個(gè)信號量分別對緩沖區(qū)兩端的操作進(jìn)行同步,問題自然解決:用戶任務(wù)想寫但緩沖區(qū)滿時(shí),在信號量上休眠,讓CPU運(yùn)行別的任務(wù),待ISR從緩沖區(qū)讀走數(shù)據(jù)后喚醒這個(gè)休眠的任務(wù);類似的,用戶任務(wù)想讀但緩沖區(qū)空時(shí),也可以在信號量上休眠,待外部設(shè)備有數(shù)據(jù)來了再喚醒。其中,μC/OS-II的信號量提供了超時(shí)等待機(jī)制,CAN端口本身也有超時(shí)讀寫能力。
接受和發(fā)送的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義如下:
typedef struct {
INT16U BufRxCtr; //接受緩沖中的字符的數(shù)目
OS_EVENT BufRxSem; //接受信號量
INT8U BufRxInPtr; //接收緩沖中下一個(gè)字符的寫入位置
INT8U BufRxOutPtr; //接收緩沖中下一個(gè)待讀出字符的位置
INT8U BufRx[CAN_BUF_SIZE]; //接收環(huán)形緩沖區(qū)的大小
INT16U BufTxCtr; //發(fā)送緩沖中字符的數(shù)目
OS_EVENT BufTxSem; //發(fā)送信號量
INT8U BufTxInPtr; //發(fā)送緩沖中下一個(gè)字符的寫入位置
INT8U BufTxOutPtr; //發(fā)送緩沖中下一個(gè)待讀出字符的位置
INT8U BufTx[CAN_BUF_SIZE]; //發(fā)送環(huán)形緩沖區(qū)的大小
}CAN_BUF;
其他接口函數(shù)如下:
Void CanInitHW ( ); //設(shè)置CAN控制器端口中斷向量
Void CANSendMsg ( ); //向CAN控制器端口發(fā)送數(shù)據(jù)
Void CANReceiveMsg ( ); //從CAN控制器端口接受數(shù)據(jù)
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