在系統(tǒng)越來越復雜，功能越來越強大的今天，嵌入式系統(tǒng)的設計中采用實時多任務操作系統(tǒng)已經(jīng)成為嵌入式應用設計的主流。μCOS-II是一個開源嵌入式實時操作系統(tǒng)(Real Time Operating System, RTOS)，它已經(jīng)被成功移植到各種CPU上。但是基于μCOS-II的應用軟件需要在移植操作系統(tǒng)后自行完成。模塊化的應用程序設計可以使得嵌入式設計變得更加方便，產(chǎn)品的開發(fā)更加迅速。S3C44B0是三星公司生產(chǎn)的一種ARM7芯片，性能強大，在通用嵌入式設計中運用廣泛。CAN總線（Control Area Network）是一種有效支持分布式控制和實時控制的現(xiàn)場總線，由于其高性能和高可靠性，CAN總線的應用范圍廣布過程工業(yè)、機器人和機械工業(yè)等領域。論文將μCOS-II移植到S3C44B0上，設計開發(fā)了基于μCOS-II的CAN通訊模塊，與傳統(tǒng)的前后臺形式的系統(tǒng)相比較，CAN總線在μCOS- II下運行，實時性更容易得到保證，更容易進行功能擴展。

1 S3C44BO簡介

S3C44B0是三星公司設計的16/32位RISC處理器，為手持設備等提供一個低成本高性能的方案。S3C44B0提供2.5V ARM7TDMI內(nèi)核，最高時鐘頻率66MHz，總線尋址空間達到256M，采用中斷矢量表來減少中斷延遲，提供30個中斷源，支持C語言編程和多任務處理，具有豐富的片內(nèi)資源：LCD控制器、2路UART、2路DMA、外部存儲器控制器、5路帶PWM輸出的定時器、看門狗、RTC、8路10bit ADC、IIC接口、IIS接口、SIO等等。

2 SJA1000和82C250簡介

SJA1000是一種獨立CAN控制器，它是PHILIPS公司的PCA82C200 CAN控制器的替代產(chǎn)品。SJA1000具有BasiCCAN和PeliCAN兩種工作方式，PeliCAN工作方式支持具有很多新特性的CAN2.0B 協(xié)議。SJA1000同時支持11位和29位識別碼，位速率最快可達1Mbits/s,時鐘頻率最高為24MHz，支持PeliCAN模式的擴展功能，如支持一些錯誤分析功能，支持系統(tǒng)診斷、系統(tǒng)維護、系統(tǒng)優(yōu)化等。

82C250是PHILIPS公司生產(chǎn)的CAN總線收發(fā)器，提供對總線的差動發(fā)送和差動接收功能，另外還具有電流限制電路，提供了對總線的進一步保護功能。

3μCOS-II在S3C44B0上的移植

μCOS-II (micro-controller OS II)是一種開放式的操作系統(tǒng)內(nèi)核，它是專為微控制器系統(tǒng)和軟件開發(fā)而設計的占先式的實時多任務操作系統(tǒng)微內(nèi)核。μCOS-II是一個源碼公開、可移植、可固化、可剪裁、具可剝奪性、可確定性的實時多任務操作系統(tǒng)。它的絕大部分代碼是用ANSI C語言編寫的，只有和處理器相關(guān)的不到200行代碼是用匯編語言編寫，因此可移植性很好，比較容易移植到各種體系的CPU上面。本文中將μCOS-II移植到S3C44B0上面運行，該移植工作主要是三個文件的修改工作：

改頭文件OS_CPU.H相關(guān)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。

在OS_CPU_C.C中編寫任務堆棧初始化函數(shù)及系統(tǒng)HOOK函數(shù)。

在OS_CPU_A.ASM中編寫四個匯編語言函數(shù)：OSSstartHighRdy()、OSCtxSw()、OSINTCtxSw()和OSTickISR()。

完成上述工作后，μCOS-II就可以運行在S3C44B0處理器上了。

4 CAN總線智能節(jié)點的軟硬件結(jié)構(gòu)

CAN總線是現(xiàn)場總線的一種，它結(jié)構(gòu)簡單，通信方式靈活，采用非破壞性仲裁技術(shù)，通信采用短幀格式，從而可以形成低成本，高性能，實時性好的通訊系統(tǒng)。

4.1 CAN總線智能節(jié)點的硬件結(jié)構(gòu)

用S3C44B0和SJA1000來實現(xiàn)CAN總線節(jié)點時，SJA1000采用地址數(shù)據(jù)復用的數(shù)據(jù)傳輸方式，而S3C44B0卻采用分開的地址總線與數(shù)據(jù)總線，因此，不能像51系列單片機和SJA-1000那樣直接相連，而必須另想辦法。將發(fā)送的地址和數(shù)據(jù)都從數(shù)據(jù)總線上發(fā)出，而用IO口和 nGCSx, nOE, nWE等信號來形成ALE信號和讀、寫、片選信號接到SJA1000，這樣就可以完成S3C44B0和SJA1000的連接，在硬件上形成CAN總線節(jié)點，同時為了保證信號不互相干擾，采用光耦6N137來進行隔離。另外，S3C44B0的3.3V信號和SJA1000的5V信號之間需要進行電平轉(zhuǎn)換。

4.2 CAN總線智能節(jié)點的軟件結(jié)構(gòu)

采用BasicCAN模式，RX和TX緩沖器各是10個字節(jié)長，其中兩個ID字節(jié)和最多8個數(shù)據(jù)字節(jié)。其中ID字節(jié)1是8個ID位，ID字節(jié)2是3 個ID位，1個遠程發(fā)送請求位和4個數(shù)據(jù)長度代碼位。11位的ID能夠建立2032種報文類型，足夠普通應用的需求。ID位的規(guī)定可根據(jù)實際需要自行定義。

發(fā)送報文時調(diào)用CAN發(fā)送函數(shù)U8 BCAN_DATA_WRITE(U8 *SendDataBuf)，其中*SendDataBuf指向要發(fā)的內(nèi)容。在這個函數(shù)里，將報文內(nèi)容按CAN接受緩沖器規(guī)定的格式填入，然后調(diào)用命令函數(shù)U8 BCAN_CMD_PRG(U8 cmd)，其中cmd參數(shù)決定命令類型，選用發(fā)送數(shù)據(jù)命令將報文發(fā)送出去。

接收報文時調(diào)用CAN接收函數(shù)U8 BCAN_DATA_RECEIVE(U8 *RcvDataBuf)，其中*RcvDataBuf是報文的存儲地址。在這個函數(shù)里，讀取接收緩沖區(qū)里的數(shù)據(jù)，并存到指定的位置。

這兩個函數(shù)只是發(fā)送與接收函數(shù)，具體的發(fā)送和接收需要建立相應的任務或中斷，并調(diào)用這兩個函數(shù)來完成。其中發(fā)送采用主動方式，當發(fā)送任務接到啟動發(fā)送的指令后調(diào)用CAN發(fā)送函數(shù)進行數(shù)據(jù)發(fā)送，接收采用中斷方式，CAN中斷的優(yōu)先級高于時鐘中斷和其他任務。

節(jié)點通信流程圖如圖2所示：

5 基于μCOS-II的CAN總線通訊程序模塊的設計

傳統(tǒng)的前后臺方式設計的單片機程序是一個無限循環(huán)，循環(huán)中調(diào)用相應函數(shù)來完成相應操作是其后臺行為，而中斷服務程序處

理異步事件是其前臺行為。μCOS-II是一個實時多任務操作系統(tǒng)，是一個基于占先式內(nèi)核的多任務調(diào)度平臺。作為一個模塊的CAN總線程序，在嵌入 μCOS-II之中，相對于前后臺方式而言，CPU的運行時間被μCOS-II依據(jù)調(diào)度算法按照不同的優(yōu)先級分配給不同的任務模塊，各個任務程序在自己的運行時間內(nèi)訪問CPU，這樣CAN總線的實時性更容易得到保證，同時各任務相對獨立，相互影響小，也便于對程序的調(diào)試，更重要的是如果要實現(xiàn)更為復雜的通訊協(xié)議時不用改變原有的程序結(jié)構(gòu)，只需增加擴展部分的程序就可以進行功能擴展。

本文中CAN總線如上所述采用主動方式發(fā)送和采用中斷方式接收數(shù)據(jù)，CAN中斷優(yōu)先級高于其他任務的優(yōu)先級。本文中數(shù)據(jù)發(fā)送建立一個獨立任務，它擁有自己的堆?？臻g，可以被其他的任務和中斷服務子程序掛起或刪除。這個任務分配128個OS_STK的堆?？臻g，在μCOS-II中OS_STK被定義為一個字長。

系統(tǒng)建立了兩個任務(不包括統(tǒng)計和空閑任務)：起始任務Main_Task和發(fā)送任務CANSENDDATA_Task，優(yōu)先級分別為10，12。在CAN控制器初始化和OS初始化后，建立起始任務Main_Task，OS開始運行，進入起始任務Main_Task，起始任務啟動時間節(jié)拍，并創(chuàng)建發(fā)送任務，然后進入掛起。發(fā)送任務進入運行態(tài)，當發(fā)送數(shù)據(jù)完成后，發(fā)送任務掛起。

兩個任務在各自的延時結(jié)束后按照優(yōu)先級先后進入運行態(tài)，若都在掛起狀態(tài)則系統(tǒng)的空閑任務進入運行。此過程中如果有接收中斷發(fā)生，則中斷服務將掛起正在運行的任務，并調(diào)用CAN數(shù)據(jù)接收函數(shù)，完成數(shù)據(jù)的接收，當此過程結(jié)束后恢復現(xiàn)場，繼續(xù)進行高優(yōu)先級的任務。圖3是CAN通信模塊在μCOS-II中運行的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖：

本文利用上述思想所設計的CAN總線智能節(jié)點與ZLG USBCAN-1型CAN總線開發(fā)設備互相通信正常，從圖4可以看到數(shù)據(jù)接收和發(fā)送的順利進行。

結(jié)束語

在S3C44B0上運行的μCOS-II中實現(xiàn)CAN總線智能節(jié)點，能夠克服傳統(tǒng)前后臺編程方法的弊端，并且提供模塊化、可移植性好、高實時性、易擴展的通信模塊，能夠大大減少產(chǎn)品的開發(fā)時間。

本文作者創(chuàng)新點：

一： 建立了S3C44B0和SJA1000的連接，使這兩種常用芯片得以配合使用。

二： 建立起基于S3C44B0和μCOS-II的CAN總線智能節(jié)點模塊，為以后在μCOS-II操作系統(tǒng)中的CAN總線應用打下了基礎。

參考文獻
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