基于CAN總線(xiàn)的客車(chē)輕便換檔系統設計與實(shí)現

　　2.2 系統軟件設計

　　實(shí)際應用對系統的實(shí)時(shí)性與可靠性要求較高，在軟件設計中采用了多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統μC／OS-Ⅱ的編程方法，即將應用程序分解為若干個(gè)獨立的進(jìn)程，再另外創(chuàng )建一個(gè)監控進(jìn)程，監視各個(gè)進(jìn)程的運行情況，這樣就保證系統運行的實(shí)時(shí)性和可靠性[2]。

　　系統采用Keil C51編譯器，結合所用單片機P89C591的技術(shù)特點(diǎn)，移植一個(gè)支持P89C591的μC／OS-Ⅱ操作系統的工作內容包括：

　　(1) 在OS_CPU.H中用#define設置一個(gè)常量值用于控制任務(wù)堆棧的增長(cháng)方向。

　　(2) 在OS_CPU.H中聲明10個(gè)數據類(lèi)型。

　　(3) 在OS_CPU.H中用#define定義3個(gè)宏。

　　(4) 在OS_CPU.C中編寫(xiě)6個(gè)簡(jiǎn)單的C語(yǔ)言函數，即初始化任務(wù)堆棧、任務(wù)創(chuàng )建鉤掛函數、任務(wù)刪除鉤掛函數、任務(wù)切換鉤掛函數、統計任務(wù)鉤掛函數和定時(shí)鉤掛函數。

　　(5) 在OS_CPU_A.ASM中編寫(xiě)4個(gè)匯編語(yǔ)言函數。

系統共需創(chuàng )建4個(gè)任務(wù)，系統任務(wù)分配情況如圖4所示。

　　CAN總線(xiàn)掃描任務(wù)定時(shí)掃描CAN總線(xiàn)的各寄存器，用于接收前置節點(diǎn)發(fā)送的手柄位置信號。

　　顯示任務(wù)主要擔任顯示、刷新等職責，用于調試過(guò)程中觀(guān)察動(dòng)作的完成情況。

　　系統主任務(wù)用于執行數據的邏輯分析判斷及超限報警等功能。數據采集任務(wù)將實(shí)時(shí)掃描各個(gè)數據采集端口，用于采集車(chē)速，發(fā)動(dòng)機轉速等參數。

　　主函數負責系統的初始化以及任務(wù)的創(chuàng )建、啟動(dòng)等。

　　各個(gè)任務(wù)之間通過(guò)信號量、消息隊列等途徑可以相互通信，以保證任務(wù)執行得實(shí)時(shí)與同步。

3 系統通信機制設計

　　輕便換檔系統對通信系統的要求是：數據傳輸可靠，實(shí)時(shí)性高，傳輸速率高，誤碼率低[3]。CAN總線(xiàn)作為一種有效支持分布式控制或實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò )，具有很強的靈活性、簡(jiǎn)單的擴展可能性、優(yōu)良的通信實(shí)時(shí)性以及通信的可靠性和檢錯能力，能夠應用于各種苛刻的電子環(huán)境，已經(jīng)成為汽車(chē)的首選網(wǎng)絡(luò )通訊總線(xiàn)形式。

　　CAN總線(xiàn)的模型結構只有3層：物理層、數據鏈路層和應用層，傳輸介質(zhì)為雙絞線(xiàn)，通信速率最高可達1 Mb／s(40 m)，其通信方式靈活，無(wú)需站地址等節點(diǎn)信息，采用非破壞性總線(xiàn)仲裁技術(shù)，滿(mǎn)足實(shí)時(shí)要求。

　　在研究CAN 2.0B規范的基礎上，采用自定義通訊協(xié)議的方案實(shí)現了系統前后兩個(gè)節點(diǎn)的通訊。前節點(diǎn)發(fā)出命令，后節點(diǎn)接收后不發(fā)確認信號，前節點(diǎn)收到后節點(diǎn)的信息后判斷是否正確，如果不正確或在規定的時(shí)間內收不到，則重新發(fā)命令，重發(fā)超過(guò)規定的次數為通訊故障；后節點(diǎn)發(fā)出信息，前節點(diǎn)接收后不發(fā)確認信息，前節點(diǎn)在規定的時(shí)間內收不到則為通訊故障。節點(diǎn)數據幀基本結構定義如下：

系統中每個(gè)節點(diǎn)數據幀用ID區別，每個(gè)節點(diǎn)可定義多個(gè)不同的數據幀，用以傳送不同的信息。

　　系統抗干擾設計　

　　系統將從軟硬件兩方面采取措施，綜合防止干擾對單片機系統工作的影響。

　　硬件方面主要是切斷來(lái)自傳輸通道和電源線(xiàn)的干擾，設計中通過(guò)濾波電容、光電耦合器的應用以及合理的元件布局和布線(xiàn)，有效地抑制分布電容的干擾、電磁互感、漏磁的干擾等，同時(shí)PCB板科學(xué)的接地，很好地解決信號完整性問(wèn)題，改善了PCB板的電磁兼容性(EMC)。

　　軟件方面則是通過(guò)指令冗余、軟件陷阱和看門(mén)狗技術(shù)來(lái)保證程序的正常運轉，有效地解決了程序運行過(guò)程中的跑飛和死循環(huán)問(wèn)題。

5 結 語(yǔ)

　　客車(chē)輕便換檔系統將手動(dòng)換檔改為電控輕便換檔，使車(chē)輛得到了更為出色的換檔舒適性與經(jīng)濟性，徹底實(shí)現客車(chē)換檔的轎車(chē)化，既保留了機械變速器效率高、成本低、結構簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，又充分利用了電控響應速度快，可控性高的特性，符合汽車(chē)技術(shù)電子化、智能化、人性化的發(fā)展方向。

　　本文創(chuàng )新點(diǎn)在于摒棄以往單片機系統軟件編程的單任務(wù)模式，采用嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統μC／OS-Ⅱ的編程方法，使系統的實(shí)時(shí)性得到更大提高。經(jīng)實(shí)踐證明，系統運行可靠，通訊正常，并達到了較高的性能指標。系統只需要進(jìn)行少量的調整，就能適用于各類(lèi)型的客車(chē)，具有廣闊的發(fā)展和應用前景。