基于μC/OS-II实时系统的CAN总线远程通信模块设计

区已满;想去读的时候，接受缓冲却是空的。对于用户程序端，采用传统的查询工作方式，频繁的读取使得程序效率大为降低。如果引入读、写两个信号量分别对缓冲区两端的操作进行同步，问题自然解决：用户任务想写但缓冲区满时，在信号量上休眠，让CPU运行别的任务，待ISR从缓冲区读走数据后唤醒这个休眠的任务;类似的，用户任务想读但缓冲区空时，也可以在信号量上休眠，待外部设备有数据来了再唤醒。其中，μC/OS-II的信号量提供了超时等待机制，CAN端口本身也有超时读写能力。

接受和发送的数据缓冲区数据结构定义如下：

typedef struct {

INT16U BufRxCtr; //接受缓冲中的字符的数目

OS_EVENT BufRxSem; //接受信号量

INT8U BufRxInPtr; //接收缓冲中下一个字符的写入位置

INT8U BufRxOutPtr; //接收缓冲中下一个待读出字符的位置

INT8U BufRx[CAN_BUF_SIZE]; //接收环形缓冲区的大小

INT16U BufTxCtr; //发送缓冲中字符的数目

OS_EVENT BufTxSem; //发送信号量

INT8U BufTxInPtr; //发送缓冲中下一个字符的写入位置

INT8U BufTxOutPtr; //发送缓冲中下一个待读出字符的位置

INT8U BufTx[CAN_BUF_SIZE]; //发送环形缓冲区的大小

}CAN_BUF;

其他接口函数如下：

Void CanInitHW ( ); //设置CAN控制器端口中断向量

Void CANSendMsg ( ); //向CAN控制器端口发送数据

Void CANReceiveMsg ( ); //从CAN控制器端口接受数据

图3 基于缓冲队列的CAN通信过程

基于缓冲队列支持下的CAN通信任务通信过程如图3所示。

在该通信任务中，采用查询方式发送，中断方式接收，任何时候只要没有关中断，中断任务的优先级高于其他任何任务。可以说，该任务是“基于中断响应”的。这样处理的好处是能够最大的保证了通信的实时性，同时也使得系统资源的利用率大大提高(相比于收发都采用查询的方式)。任务间的通信和同步通过邮箱和信号量机制进行。

当用户应用程序(或任务)要求进行远程CAN通信的时候，应用程序(或任务)先要获得BufTxSem并向发送缓冲区BufTx装入报文，写入缓冲区结束后释放信号量BufTxSem，通过邮箱通知CAN通信任务处理报文并完成报文的发送。

当总线发来报文时，接受节点的CAN控制器会产生一个接收中断，当前运行任务被挂起，CAN通信任务被激活并抢占运行，获取信号量BufRxSem，然后从总线上读取报文并写入缓冲区 ，写入结束后释放信号量BufRxSem，并通过邮箱通知相应的用户应用程序(或任务);应用程序(或任务)通过获得信号量BufRxSem从缓冲区内读取相应的报文信息。

(3) μC/OS-II的中断任务的处理

在μC/OS-II中，中断服务程序一般用汇编语言来写。以下是中断服务程序的示意代码：

Void UserISR( void ) {

保存全部CPU寄存器;

调用OSIntEnter或OSIntNesting直接加1;

执行用户代码做中断服务;

调用OSIntExit;

恢复所有CPU寄存器;

执行中断返回指令;

}

μC/OS-II提供了两个ISR与内核的接口函数：OSIntEnter和OSIntExit。OSIntEnter通知内核中断服务程序开始运行了，并把一个全局变量OSIntNesting加1。此中断嵌套计数器可以确保所有中断处理完成后再作任务调度。另一个接口函数OSIntExit则通知内核，中断服务已结束。根据相应情况，返回被中断点(可能是一个任务或者被嵌套的中断服务程序)或由内核作任务调度。

用户编写的ISR必须被安装到某一位置，以便中断发生后，CPU根据相应的中断向量运行准确的服务程序。许多实时操作系统都提供了安装、卸载中断服务程序的API接口函数，有些成熟的RTOS甚至对中断控制器的管理都有相应的API函数。但 μC/OS-II内核没有提供类似的接口函数，需要用户在对应的CPU移植中自己实现。在DSP2407中，我们可以在设计中断向量表的时候把用户的中断入口写好，这样一旦CAN通信接受中断发生时，DSP2407就能自动从中断向量表里读取相应的程序入口，进而跳转执行用户的ISR程序。

结束语

基于RTOS平台上开发用户的应用程序，便于在实时操作系统内核下实现多任务处理，可以大大缩短产品开发周期，进一步提高应用程序的可移植性和可维护性。基于本文原理开发的应用于集散式数据采集系统的CAN总线远程通信构件具有良好的可扩充性和移植性，对各种实际现场情况能够进行灵活的配置和设定，真正实现了通信模块驱动程序的封装。