基于μC/OS-Ⅱ的Flexray線(xiàn)控轉向系統的實(shí)現

　　近年來(lái)，隨著(zhù)汽車(chē)工業(yè)和電子工業(yè)的不斷發(fā)展，汽車(chē)線(xiàn)控轉向技術(shù)成為了研究的熱點(diǎn)，并提出了包括路感模擬、轉向穩定性以及總線(xiàn)技術(shù)等諸多關(guān)鍵性問(wèn)題并加以研究。其中的總線(xiàn)技術(shù)，已經(jīng)得到了眾多知名汽車(chē)公司的積極研究與應用。一些汽車(chē)制造商目前計劃采用FlexRay總線(xiàn)，這是一種特別適合下一代汽車(chē)應用的網(wǎng)絡(luò )通信總線(xiàn)，具有容錯功能和確定的消息傳輸時(shí)間，能夠滿(mǎn)足汽車(chē)控制系統的高速率通信要求。

　　FlexRaY是時(shí)間觸發(fā)的通信總線(xiàn)，對實(shí)時(shí)性要求較高，因此僅僅依靠由簡(jiǎn)單循環(huán)和中斷服務(wù)程序組成的嵌入式程序將無(wú)法滿(mǎn)足要求。同時(shí)，FlexRay通信在啟動(dòng)和運行過(guò)程中，需要利用循環(huán)對總線(xiàn)狀態(tài)進(jìn)行查詢(xún)，既浪費大量的系統資源，又容易造成程序死鎖，成為應用中的難點(diǎn)問(wèn)題。

　　基于上述問(wèn)題，本文基于μC／OS-II操作系統，設計了線(xiàn)控轉向中FlexRay總線(xiàn)的通信部分。在滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性要求的基礎上，利用其多任務(wù)的特點(diǎn)，節約了系統資源，避免了死鎖問(wèn)題的出現，并增加了通信故障檢測報警功能，為今后開(kāi)發(fā)線(xiàn)控轉向系統奠定了基礎。

　　1 FlexRay總線(xiàn)技術(shù)

　　為了滿(mǎn)足汽車(chē)線(xiàn)控技術(shù)的需求，FlexRay聯(lián)盟于2005年發(fā)布了FlexRay總線(xiàn)協(xié)議。其主要特點(diǎn)有：雙通道傳輸，每個(gè)通道的傳輸速率高達lO Mb／s；具有靈活的使用方式，支持多種網(wǎng)絡(luò )拓撲結構；負載率高；提供冗余機制。

　　從開(kāi)放式系統互連參考模型角度來(lái)看，FlexRay通信協(xié)議定義了四層結構：物理層、傳輸層、表示層和應用層，各層功能描述見(jiàn)表1。表示層中，通信狀態(tài)切換控制整個(gè)FlexRay通信的運行過(guò)程，具有十分重要的作用。

　　FlexRay協(xié)議操作控制(Proposal Operation Control，POC)將通信狀態(tài)分為幾種狀態(tài)，分別為：配置狀態(tài)(默認配置、配置)；就緒狀態(tài)；喚醒狀態(tài)；啟動(dòng)狀態(tài)；正常狀態(tài)(正常主動(dòng)、正常被動(dòng))；暫停狀態(tài)。其狀態(tài)轉換圖如圖1所示。當控制器主機接口(Controller Host InteRFace，CHI)給通訊控制器(CC)發(fā)送命令后，CC從暫停狀態(tài)進(jìn)入默認配置狀態(tài)，滿(mǎn)足配置條件后進(jìn)入配置狀態(tài)，完成網(wǎng)絡(luò )初始化和節點(diǎn)通信任務(wù)初始化；之后可以進(jìn)入就緒狀態(tài)，完成節點(diǎn)內部通信設置，如果沒(méi)有滿(mǎn)足通信就緒條件，就返回配置狀態(tài)繼續配置；在就緒狀態(tài)，CC可以發(fā)送喚醒幀，喚醒網(wǎng)絡(luò )中沒(méi)有在通信的節點(diǎn)，也可以獲得CPU的啟動(dòng)通信命令，完成與FlexRay網(wǎng)絡(luò )時(shí)鐘同步；啟動(dòng)成功后進(jìn)入正常狀態(tài)，完成數據的收發(fā)；當出現錯誤時(shí)，可由正常狀態(tài)進(jìn)入暫停狀態(tài)，重新等待CHI命令。

　　由此可見(jiàn)，控制器需要按照POC狀態(tài)進(jìn)行相應操作，因此會(huì )出現對POC狀態(tài)的循環(huán)檢測，容易造成程序死鎖以及占用大量系統資源。按照操作系統的介紹，其任務(wù)是以循環(huán)的形式存在的，因此可以將檢測POC狀態(tài)放入任務(wù)中單獨執行，通過(guò)操作系統進(jìn)行任務(wù)調度，可以避免影響到其他任務(wù)中程序的運行，并且提高程序的執行效率。

　　2 基于MC9S12XF512的μC／OS-Ⅱ移植

　　μC／OS-Ⅱ是源碼公開(kāi)的操作系統，具有執行效率高、占用空間小和實(shí)時(shí)性能優(yōu)良等特點(diǎn)。利用該操作系統的任務(wù)機制，設計實(shí)現Flex-Ray協(xié)議，可以大大提高系統的實(shí)時(shí)性和穩定性，并且可以避免檢測POC狀態(tài)時(shí)的死鎖現象。

　　目前市場(chǎng)上支持FlexRay通信的單片機較少，只有Freescale公司的技術(shù)比較成熟?？紤]到成本問(wèn)題，選擇16位單片機MC9S12XF512作為系統控制器芯片。操作系統的使用首先要解決的就是移植問(wèn)題。根據μC／OS-Ⅱ的文件結構，移植時(shí)需要對OS_CPU．H，(OS_CPU_A．ASM和OS_CPUC．C三個(gè)文件進(jìn)行修改，以適合MC9S12xF512芯片的需要。

　　2．1 修改OS_CPU．H文件

　　OS_CPU．H文件定義與CPU相關(guān)的硬件信息，包括各種數據類(lèi)型對應的存儲長(cháng)度等。針對MC9S12xF512中的堆棧是由高地址向低地址增長(cháng)的，所以常量OS_STK_GROWTH必須設置為1。同時(shí)，定義任務(wù)調度函數OS_TASK_SW()設置為軟中斷源。

　　2．2 修改OS_CPU_A．ASM文件

　　OS_CPU_A．ASM文件是使用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)與任務(wù)調度部分有關(guān)的代碼。包括任務(wù)級任務(wù)切換函數OSCtxSw()、中斷級任務(wù)切換函數OSIntCtxSw()、以及讓優(yōu)先級最高的就緒態(tài)任務(wù)開(kāi)始運行的函數OS-StartHighRdy()。