基于μC/OS-II實(shí)時(shí)系統的CAN總線(xiàn)遠程通信模塊設計
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的ANSI C寫(xiě)的,只有和微處理器硬件相關(guān)的那部分是用匯編語(yǔ)言寫(xiě)的。而TI公司提供的編譯器Code Composer Studio (C2000) V2.20支持C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言開(kāi)發(fā),筆者在此編譯器的基礎上完成了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)的內容,包括:數據類(lèi)型定義、堆棧增長(cháng)方向、中斷相關(guān)的一些宏定義等;OS_CPU_C.C中編寫(xiě)任務(wù)堆棧初始化函數及系統HOOK函;OS_CPU_A.ASM中編寫(xiě)四個(gè)匯編語(yǔ)言函數:OSStartHighRdy(), OSCtxSw(), OSIntCtxSw()和OsTickISR()。
具體移植過(guò)程由于不是本文重點(diǎn),恕筆者不再詳述。
4. 基于緩沖隊列支持下的CAN總線(xiàn)驅動(dòng)程序設計
驅動(dòng)程序是連接底層的硬件和上層的API函數的紐帶,有了驅動(dòng)程序模塊,就可以把操作系統的API函數和底層的硬件分開(kāi)來(lái)。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的相應的驅動(dòng)程序就可以了,并不會(huì )影響到API函數的功能,更不會(huì )影響到用戶(hù)的應用程序。同時(shí),為了保證在實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統中,對硬件訪(fǎng)問(wèn)的唯一性,系統的驅動(dòng)程序要受控于相應的操作系統的多任務(wù)之間的同步機制。
(1) μC/OS-II的通信機制
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(guò)以下幾種方式:信號量(Semaphore),郵箱(Mailbox),消息隊列(Queue)和互斥信號量(Mutex)。具體的通過(guò)事件控制塊(ECB)來(lái)實(shí)現。μC/OS-II中定義的數據結構OS_EVENT能夠維護任務(wù)間通信和同步的所有信息,該數據結構不僅包含了事件本身的定義,如信號量的計數器、指向郵箱的指針、指向消息隊列的指針數組、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) 緩沖隊列的設計和通信任務(wù)的配合
在微機系統中,一般串行設備或者其他字符型設備都存在外設處理速度和CPU速度不匹配的問(wèn)題,所以需要建立相應的緩沖區。向CAN口發(fā)送數據時(shí),只要把數據寫(xiě)到緩沖區,然后由CAN控制器逐個(gè)取出往外發(fā)送。從CAN口接收數據時(shí),往往等收到若干個(gè)字節后才需要CPU進(jìn)行處理,所以這些預收的數據可以先存在緩沖區。緩沖區可以設置收到若干個(gè)字節后再中斷CPU,這樣就避免了因為CPU的頻繁中斷而降低系統的實(shí)時(shí)性。
在對緩沖區讀寫(xiě)的過(guò)程中,經(jīng)常會(huì )遇到想發(fā)送數據的時(shí)候,緩沖區已滿(mǎn);想去讀的時(shí)候,接受緩沖卻是空的。對于用戶(hù)程序端,采用傳統的查詢(xún)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(xiě)兩個(gè)信號量分別對緩沖區兩端的操作進(jìn)行同步,問(wèn)題自然解決:用戶(hù)任務(wù)想寫(xiě)但緩沖區滿(mǎn)時(shí),在信號量上休眠,讓CPU運行別的任務(wù),待ISR從緩沖區讀走數據后喚醒這個(gè)休眠的任務(wù);類(lèi)似的,用戶(hù)任務(wù)想讀但緩沖區空時(shí),也可以在信號量上休眠,待外部設備有數據來(lái)了再喚醒。其中,μC/OS-II的信號量提供了超時(shí)等待機制,CAN端口本身也有超時(shí)讀寫(xiě)能力。
接受和發(fā)送的數據緩沖區數據結構定義如下:
typedef struct {
INT16U BufRxCtr; //接受緩沖中的字符的數目
OS_EVENT BufRxSem; //接受信號量
INT8U BufRxInPtr; //接收緩沖中下一個(gè)字符的寫(xiě)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)形緩沖區的大小
INT16U BufTxCtr; //發(fā)送緩沖中字符的數目
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(xiě)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)形緩沖區的大小
}CAN_BUF;
其他接口函數如下:
Void CanInitHW ( ); //設置CAN控制器端口中斷向量
Void CANSendMsg ( ); //向CAN控制器端口發(fā)送數據
Void CANReceiveMsg ( ); //從CAN控制器端口接受數據
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