基于CAN總線的客車輕便換檔系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　實(shí)際應(yīng)用對系統(tǒng)的實(shí)時性與可靠性要求較高，在軟件設(shè)計(jì)中采用了多任務(wù)實(shí)時操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ的編程方法，即將應(yīng)用程序分解為若干個獨(dú)立的進(jìn)程，再另外創(chuàng)建一個監(jiān)控進(jìn)程，監(jiān)視各個進(jìn)程的運(yùn)行情況，這樣就保證系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時性和可靠性[2]。

　　系統(tǒng)采用Keil C51編譯器，結(jié)合所用單片機(jī)P89C591的技術(shù)特點(diǎn)，移植一個支持P89C591的μC／OS-Ⅱ操作系統(tǒng)的工作內(nèi)容包括：

　　(1) 在OS_CPU.H中用#define設(shè)置一個常量值用于控制任務(wù)堆棧的增長方向。

　　(2) 在OS_CPU.H中聲明10個數(shù)據(jù)類型。

　　(3) 在OS_CPU.H中用#define定義3個宏。

　　(4) 在OS_CPU.C中編寫6個簡單的C語言函數(shù)，即初始化任務(wù)堆棧、任務(wù)創(chuàng)建鉤掛函數(shù)、任務(wù)刪除鉤掛函數(shù)、任務(wù)切換鉤掛函數(shù)、統(tǒng)計(jì)任務(wù)鉤掛函數(shù)和定時鉤掛函數(shù)。

　　(5) 在OS_CPU_A.ASM中編寫4個匯編語言函數(shù)。

系統(tǒng)共需創(chuàng)建4個任務(wù)，系統(tǒng)任務(wù)分配情況如圖4所示。

　　CAN總線掃描任務(wù)定時掃描CAN總線的各寄存器，用于接收前置節(jié)點(diǎn)發(fā)送的手柄位置信號。

　　顯示任務(wù)主要擔(dān)任顯示、刷新等職責(zé)，用于調(diào)試過程中觀察動作的完成情況。

　　系統(tǒng)主任務(wù)用于執(zhí)行數(shù)據(jù)的邏輯分析判斷及超限報(bào)警等功能。數(shù)據(jù)采集任務(wù)將實(shí)時掃描各個數(shù)據(jù)采集端口，用于采集車速，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速等參數(shù)。

　　主函數(shù)負(fù)責(zé)系統(tǒng)的初始化以及任務(wù)的創(chuàng)建、啟動等。

　　各個任務(wù)之間通過信號量、消息隊(duì)列等途徑可以相互通信，以保證任務(wù)執(zhí)行得實(shí)時與同步。

3 系統(tǒng)通信機(jī)制設(shè)計(jì)

　　輕便換檔系統(tǒng)對通信系統(tǒng)的要求是：數(shù)據(jù)傳輸可靠，實(shí)時性高，傳輸速率高，誤碼率低[3]。CAN總線作為一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，具有很強(qiáng)的靈活性、簡單的擴(kuò)展可能性、優(yōu)良的通信實(shí)時性以及通信的可靠性和檢錯能力，能夠應(yīng)用于各種苛刻的電子環(huán)境，已經(jīng)成為汽車的首選網(wǎng)絡(luò)通訊總線形式。

　　CAN總線的模型結(jié)構(gòu)只有3層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，傳輸介質(zhì)為雙絞線，通信速率最高可達(dá)1 Mb／s(40 m)，其通信方式靈活，無需站地址等節(jié)點(diǎn)信息，采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，滿足實(shí)時要求。

　　在研究CAN 2.0B規(guī)范的基礎(chǔ)上，采用自定義通訊協(xié)議的方案實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)前后兩個節(jié)點(diǎn)的通訊。前節(jié)點(diǎn)發(fā)出命令，后節(jié)點(diǎn)接收后不發(fā)確認(rèn)信號，前節(jié)點(diǎn)收到后節(jié)點(diǎn)的信息后判斷是否正確，如果不正確或在規(guī)定的時間內(nèi)收不到，則重新發(fā)命令，重發(fā)超過規(guī)定的次數(shù)為通訊故障；后節(jié)點(diǎn)發(fā)出信息，前節(jié)點(diǎn)接收后不發(fā)確認(rèn)信息，前節(jié)點(diǎn)在規(guī)定的時間內(nèi)收不到則為通訊故障。節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)幀基本結(jié)構(gòu)定義如下：

系統(tǒng)中每個節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)幀用ID區(qū)別，每個節(jié)點(diǎn)可定義多個不同的數(shù)據(jù)幀，用以傳送不同的信息。

　　系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)　

　　系統(tǒng)將從軟硬件兩方面采取措施，綜合防止干擾對單片機(jī)系統(tǒng)工作的影響。

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

　　軟件方面則是通過指令冗余、軟件陷阱和看門狗技術(shù)來保證程序的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，有效地解決了程序運(yùn)行過程中的跑飛和死循環(huán)問題。

5 結(jié) 語

　　客車輕便換檔系統(tǒng)將手動換檔改為電控輕便換檔，使車輛得到了更為出色的換檔舒適性與經(jīng)濟(jì)性，徹底實(shí)現(xiàn)客車換檔的轎車化，既保留了機(jī)械變速器效率高、成本低、結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)，又充分利用了電控響應(yīng)速度快，可控性高的特性，符合汽車技術(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(jī)系統(tǒng)軟件編程的單任務(wù)模式，采用嵌入式實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ的編程方法，使系統(tǒng)的實(shí)時性得到更大提高。經(jīng)實(shí)踐證明，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，通訊正常，并達(dá)到了較高的性能指標(biāo)。系統(tǒng)只需要進(jìn)行少量的調(diào)整，就能適用于各類型的客車，具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。