基于LPC2119和μC/OSII的CAN中继器设计

文章摘要：除非有特别大的RAM空间可以使用,对栈的分配与使用均要特别小心。实时多任务系统比前后台系统需要更多的代码(ROM) 和数据空间(RAM) 。额外的代码空间取决于内核的大小,而RAM的用量则取决于系统中的任务数。2） 实时性和安全性CAN中继器是系统组网的关键设备之一，在稍大型的CAN总线系统中经常会用到中继器。它给系统组网带来方便的同时，也给系统增加了一些存储转发时延，因此在软件设计中必须考虑系统的实时性，尽量缩短数据的存储转发时间。这除了要求给系统数据转发任务分配较高的优先级之外，还应建立一种通信机制，保证在收到一路总线上的数据时，能即时向另一路总线发送。另外，中继器是两路总线之间通信的桥梁

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除非有特别大的RAM空间可以使用,对栈的分配与使用均要特别小心。实时多任务系统比前后台系统需要更多的代码(ROM) 和数据空间(RAM) 。额外的代码空间取决于内核的大小,而RAM的用量则取决于系统中的任务数。

2） 实时性和安全性

CAN中继器是系统组网的关键设备之一，在稍大型的CAN总线系统中经常会用到中继器。它给系统组网带来方便的同时，也给系统增加了一些存储转发时延，因此在软件设计中必须考虑系统的实时性，尽量缩短数据的存储转发时间。这除了要求给系统数据转发任务分配较高的优先级之外，还应建立一种通信机制，保证在收到一路总线上的数据时，能即时向另一路总线发送。另外，中继器是两路总线之间通信的桥梁，为了保证两路总线之间正常的通信，应尽量避免类似死锁、总线故障之类的情况发生。所以系统必须设计一个监控任务，能对这类情况作出即时反应，同时为了不丢失还未转发的数据，必须为每一路总线设置一环形缓冲区，用于存放新接收到的数据，维护系统的安全性。 　　2.3 系统设计实现

嵌入式CAN中继器主要实现两路CAN总线数据之间相互转发，并且可以根据实际需要，改变某一路CAN控制器的波特率。采用μC/OSII实时操作系统，整个设计由操作系统和一系列用户应用程序构成。

主函数是程序首先执行的一个函数。该函数永远不会返回，主要实现系统的硬件和操作系统的初始化。硬件包括中断、键盘、显示等初始化；操作系统包括任务控制快和事件控制快的初始化，而且在启动多任务调度之前，必须至少创建一个任务。在此系统中创建了一个启动任务，主要负责时钟的初始化和启动，中断的启动，CAN控制器的初始化及启动及任务的划分等。在交出CPU的使用权之后，只做一些空闲处理。

1） 任务的划分

要完成实时多任务的各种功能，必须对任务进行划分。本程序根据各个任务的重要性和实时性，把程序分成六个具有不同优先级的任务，包括系统监控、数据转发、键盘输入、LED显示、接收队列监视和波特率设置。表1为任务划分表。

除了6个主要应用任务之外，还有两个中断服务子程序：一个时钟节拍中断，用于提供周期性信号源；一个CAN接收中断，用于把接收数据写入环形缓冲区。

2） 任务的同步与调度
　
通常多任务操作系统的任务不同于一般的函数，它是一个无限循环，而且没有返回值。如果没有更高优先级的任务进入就绪态，当前任务是不会放弃对CPU的使用权的。为了实现操作系统的正常运行和有关事件的同步，必须正确处理任务间的通信和事件标志的设置。整个系统的功能结构如图2所示。

各个任务具有不同的优先级，通过调用系统挂起函数或延时函数，可以启动具有更高优先级的进入就绪态的任务。在嵌入式CAN中继器的设计中，通过对延时参数的设置，系统每隔一定的时钟节拍，就启动接收队列监视任务，定期扫描环形缓冲区。一旦发现读指针与写指针不相等时，就将环形缓冲区中新接收到的数据存入TEMPBUF中，同时发送信号量SendSem。数据转发任务接收到信号量，启动运行，完成数据转发功能。

数据转发任务如下：void CANDATA_ExchangeTask(void *pdata)

　　{

　　#if OS_CRITICAL_METHOD == 3/* 给CPU状态寄存器分配存储器*/

　　OS_CPU_SRcpu_sr;

　　#endif

　　INT8U err;

　　pdata=pdata;/*避免编译器警告*/

　　for(;;) {

OSSemPend (SendSem,0,&err);/*等待发送信号量，若无信号则将本函数挂起，并启动其他任务，如系统监控或键盘输入或LED显示等*/

if (CANNUM == CAN1) {/*判断是哪一路总线接收到数据，如是CAN1，则向CAN2发送数据*/

ToSendData (TEMPBUF,FORTXBUF );/*将存放在TEMPBUF中的数据转换成可用于发送的数据格式，存放在FORTXBUF中*/

　　CanSendData (CAN2,0x00,FORTXBUF);/*向另一路总线发送数据*/

　　}

　　else {

　　ToSendData (TEMPBUF,FORTXBUF );

　　CanSendData (CAN1,0x00,TXBUF);

　　}

　　}

　　}同样，其他模块功能——波特率的设置、系统的监控、信息的显示等，也是通过任务间的通信—信号量的传递来实现的，以此来保证时间与任务的同步。

结语

μC/OSII实时操作系统在嵌入式硬件平台的基础上，用μC/OSII实时操作系统开发应用程序有其独到之处，用户可以直接利用系统的接口函数编写自己的应用程序，不需另行开发，大大方便了用户编程，缩短了软件的开发周期，提高了开发效率。基于μC/OSII和LPC2119的CAN中继器，在实验调试过程中，运行状况良好，工作稳定。

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