實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在混合動(dòng)力整車控制器中的應(yīng)用
加入技術(shù)交流群
1 整車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
所開發(fā)的全混合動(dòng)力轎車是天津市重大專項(xiàng)課題，以長(zhǎng)城哈佛SUV轎車為平臺(tái)。該車動(dòng)力系統(tǒng)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)、交流發(fā)電機(jī)和高性能的鎳氫電池、行星架動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)以及DC-AC逆變器組成。整車控制器采用總線與發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、電機(jī)控制器和動(dòng)力電池組管理系統(tǒng)交換信息，并且預(yù)留了1路CAN以便后期與車身系統(tǒng)通信。
整車控制器根據(jù)駕駛員輸入信號(hào)，結(jié)合電池組狀態(tài)和車輛當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)一定的策略控制各個(gè)子系統(tǒng)的工作，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示。
2 整車控制器硬件設(shè)計(jì)
ECU的硬件設(shè)計(jì)按照模塊化原則，可分為如下幾個(gè)功能模塊：微控制器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、功率驅(qū)動(dòng)及保護(hù)模塊、D／A轉(zhuǎn)換模塊、電源模塊、通信模塊、顯示及報(bào)警接口和標(biāo)定診斷接口等。采用 Infineon公司的XC164CS微控制器，它基于增強(qiáng)的C166SVZ內(nèi)核，并在性能上優(yōu)于其他16位微控制器：內(nèi)部集成DSP功能、擴(kuò)展的中斷處理能力、強(qiáng)大的片上外設(shè)以及高性能片上Flash，如圖2所示。
3 μC/OS-II的移植
μC/OS-II嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)采用ANSIC語言編寫，具備很好的可讀性和可移植性；對(duì)硬件資源要求不高，在大多數(shù)8位、16位微控制器上都可以實(shí)現(xiàn)移植。
3.1 μC/OS-II的啟動(dòng)
首先要調(diào)用硬件驅(qū)動(dòng)程序?qū)τ布M(jìn)行初始化設(shè)置，然后調(diào)用系統(tǒng)初始化函數(shù)OSlnit()初始化μC/OS-II所有的變量和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
啟動(dòng)μC/OS-II之前建立1個(gè)應(yīng)用任務(wù)。OSlnit()建立空閑任務(wù)idletask，這個(gè)任務(wù)總是處于就緒態(tài)?？臻e任務(wù)OSTaskIdle()的優(yōu)先級(jí)設(shè)成最低，即OS_LOWEST_PRIO。多任務(wù)的啟動(dòng)需要用戶通過調(diào)用OSStart()實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然還有其他設(shè)置，這里不再一一介紹。
3.2 μC/OS-II的移植
μC/OS-II操作系統(tǒng)在XC164CS微處理器上的移植主要實(shí)現(xiàn)對(duì)3個(gè)文件OS_CPU.H、OS_CPU_C．C、OS_CPU A.ASM的處理。
3.2.1頭文件 INCLUDES.H
INCLUDES.H頭文件應(yīng)被包含到所有C文件的第1行。盡管包含不相關(guān)文件可能會(huì)增加文件的編譯時(shí)間，但增強(qiáng)了代碼的可移植性。用戶可以編輯增加自己的頭文件，但必須添加在頭文件列表的最后。
3.2.2 OS_CPU.H文件
OS_CPU.H 文件中包含與處理器相關(guān)的常量、宏和結(jié)構(gòu)體的定義。針對(duì)XC164CS處理器，定義堆棧數(shù)據(jù)類型為16位，棧向下遞減；將μC/OS-II控制中斷的2個(gè)宏OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()定義為微控制器關(guān)閉(SETC)和打開(CLRC)中斷的指令；聲明 OS_TASK_SW()函數(shù)，中斷服務(wù)程序ISR的入口指向函數(shù)OSCtxSw()。
3.2.3 OS CPU A.ASM
μC/OS-II移植時(shí)要求用戶編寫4個(gè)匯編語言函數(shù)：OSStartHighRdy()、OSCtxSw()、OSIntCtxSw()和OSTickISR()。
(1)OSStartHighRdy()
調(diào)用該函數(shù)使處于就緒狀態(tài)的優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)開始運(yùn)行。由于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是不返回的函數(shù)，所以調(diào)用后需移去堆棧棧頂?shù)姆祷氐刂?，然后?zhí)行用戶調(diào)用函數(shù) OSTaskSwHook()，最后開始運(yùn)行多任務(wù)，獲得優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)的指針，根據(jù)這個(gè)指針從任務(wù)堆棧中恢復(fù)所有寄存器，恢復(fù)完后執(zhí)行中斷返回，運(yùn)行就緒態(tài)任務(wù)。
(2)OSCtxSw()
當(dāng)從低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)切換到較高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)時(shí)，調(diào)用任務(wù)切換函數(shù) OSCtxSw()保存處理器的內(nèi)容和任務(wù)指針到當(dāng)前任務(wù)的任務(wù)堆棧，然后執(zhí)行用戶調(diào)用函數(shù)OSTaskSwHook()，最后從要執(zhí)行任務(wù)的任務(wù)堆棧里恢復(fù)寄存器和堆棧中的內(nèi)容，執(zhí)行中斷返回指令開始運(yùn)行新的任務(wù)。
(3)OSIntCtxSw()
當(dāng)需要在中 斷發(fā)生后切換到更高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)時(shí)，調(diào)用中斷級(jí)任務(wù)切換函數(shù)OSIntCtxSw()，然后執(zhí)行用戶調(diào)用函數(shù)OSTaskSwHook()。因?yàn)樵摵瘮?shù)是在中斷程序中被調(diào)用，所以不需要保存中斷任務(wù)的寄存器；中斷子程序在調(diào)用函數(shù)OSInExit()時(shí)，將返回地址壓入堆棧，在這里不需要再返回，所以必須從堆棧中清理掉返回地址。
(4)OSTickISR()
OSTickISR()是μC／OS-II中的時(shí)鐘節(jié)拍中斷服務(wù)程序。在每個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍調(diào)用該函數(shù)，給每個(gè)處于延時(shí)的任務(wù)延時(shí)減1，并檢查所有處于延時(shí)狀態(tài)的任務(wù)是否延時(shí)結(jié)束成為就緒任務(wù)。然后調(diào)用OSIntExit()，如果有優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)就緒，OSIntExit()就會(huì)進(jìn)行任務(wù)調(diào)度。OSIntExit()并不返回調(diào)用者，而是用新的任務(wù)堆棧中的內(nèi)容來恢復(fù)CPU現(xiàn)場(chǎng)，由中斷返回執(zhí)行新的任務(wù)。
3.2.4OS_CPU_C.C
用戶需要編寫6個(gè)C語言函數(shù)OSTaskStkInit()、 OSTaskCreateHook()、OSTaskDelHook()、OSTaskSwHook()、OSTaskSatHook()、 OSTimeTickHook()。其中，唯一必要的是OSTaskStkInit()，其他5個(gè)必須聲明，但可以不包含代碼。
OSTaskStkInit() 由任務(wù)創(chuàng)建函數(shù)OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt()調(diào)用，在建立每個(gè)任務(wù)的時(shí)候初始化任務(wù)堆棧。開始運(yùn)行這個(gè)任務(wù)就是模擬中斷返回，把初始化后堆棧中保存的值恢復(fù)到各個(gè)寄存器。初始化任務(wù)堆棧時(shí)，要傳遞任務(wù)代碼起始指針(Ptask)、參數(shù)指針(Pdata)、任務(wù)堆棧棧頂指針。任務(wù)堆棧初始化完成后，返回一個(gè)新的堆棧棧頂指針，OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt()將它保存到OSTCB中。
評(píng)論