EPA通信協(xié)議在μC/OS-II的設(shè)計

(4)實時調(diào)度的實現(xiàn)，包括時間中斷調(diào)度函數(shù)——判斷是否到達(dá)本設(shè)備的周期報文發(fā)送時間或非周期報文發(fā)送開始時間，以及報文發(fā)送函數(shù)——實現(xiàn)對幾個優(yōu)先級的數(shù)據(jù)隊列報文發(fā)送等。

4.2 在μC/OS-II中的實現(xiàn)

在完成各個模塊的編寫之后，通信協(xié)議在μC/OS-II系統(tǒng)中的實現(xiàn)主要是根據(jù)應(yīng)用要求進(jìn)行任務(wù)的創(chuàng)建、劃分以及任務(wù)間通信與調(diào)度的設(shè)計。因為μC/OS-II在RABBIT2000中的移植已經(jīng)由Dynamic開發(fā)平臺實現(xiàn)，這里不再詳細(xì)介紹。模塊與任務(wù)之間非一一對應(yīng)關(guān)系，因為模塊是基于功能進(jìn)行劃分，而任務(wù)是基于時間優(yōu)先級進(jìn)行劃分。劃分任務(wù)優(yōu)先級就是確定任務(wù)實時性要求的過程。實時性要求越高的，則任務(wù)優(yōu)先級越高，其對應(yīng)的優(yōu)先級號越低。μC/OS-II共支持最多56個用戶任務(wù)，對于本系統(tǒng)來說是綽綽有余的。按照優(yōu)先級由高到低次序的任務(wù)劃分與調(diào)度方案如下：

(1)設(shè)備管理任務(wù)：完成設(shè)備的上電與初始化組態(tài)，之后根據(jù)設(shè)備狀態(tài)機，在設(shè)備為正?？刹僮鳡顟B(tài)下被掛起，直到設(shè)備狀態(tài)被其他事件改變后由信號量激活。

(2)周期性報文發(fā)送任務(wù)：由時間調(diào)度任務(wù)在宏周期內(nèi)本設(shè)備周期性報文發(fā)送時間到達(dá)時產(chǎn)生中斷激活而進(jìn)入就緒狀態(tài)，在中斷退出后成為最高優(yōu)先級任務(wù)被執(zhí)行，立即發(fā)送周期性報文，發(fā)送完畢即掛起等待下一次激活。

(3)非周期性報文發(fā)送任務(wù)：與任務(wù)(2)相似，在非周期報文發(fā)送時間到被激活，通過調(diào)度算法發(fā)送非周期性報文。以上兩個任務(wù)由于不會在同一時間段執(zhí)行，因此實際運行時的優(yōu)先級是等同的。

(4)功能塊調(diào)度任務(wù)：在組態(tài)的功能塊調(diào)度時間到達(dá)時被激活，或者在控制回路中上一個功能塊執(zhí)行之后被激活，立刻執(zhí)行后掛起。由于首先要確保EPA網(wǎng)絡(luò)通信的確定性，所以此任務(wù)的優(yōu)先級低于前兩個任務(wù)。

(5)時間調(diào)度任務(wù)：通過對網(wǎng)絡(luò)時間的判斷，在到達(dá)以上三個任務(wù)的執(zhí)行時間時進(jìn)入時間中斷函數(shù)，給相應(yīng)的任務(wù)發(fā)送信號量，使任務(wù)進(jìn)入就緒狀態(tài)，中斷退出即可以執(zhí)行就緒的高優(yōu)先級任務(wù)。根據(jù)時間精度的要求設(shè)置內(nèi)核調(diào)用OSTimeTick的頻率，可以通過#define OS_TICKS_PER_SEC 256，實現(xiàn)每秒256次的Tick頻率。

(6)普通報文接收任務(wù)：套接字映射實體偵聽來自EPA網(wǎng)絡(luò)的報文并根據(jù)需要調(diào)用相應(yīng)的應(yīng)用層服務(wù)處理報文，設(shè)為每100ms執(zhí)行一次。

(7)時鐘同步任務(wù)：獨立接收與發(fā)送時間同步報文，以確保設(shè)備時間與網(wǎng)絡(luò)時間的同步。由于主時鐘發(fā)送Sync報文周期為2秒一次，所以其優(yōu)先級可以低于時間調(diào)度任務(wù)，設(shè)為每2秒執(zhí)行一次。

(8)串口通信任務(wù)：與電動執(zhí)行器進(jìn)行周期性的串口通信，根據(jù)電動執(zhí)行器的物理特性，通信頻率設(shè)為每秒2次，其通信方法在后文中介紹。

各任務(wù)之間采用全局變量或者消息機制進(jìn)行通信，以完成任務(wù)狀態(tài)機的變化。任務(wù)堆棧則根據(jù)各任務(wù)的實際需要分配，這里不再詳述。

5. 測試

為了測試通信協(xié)議的實現(xiàn)，使用通信卡的RS-232串口與某型電動執(zhí)行器的異步串行通信接口相連，形成一個EPA現(xiàn)場設(shè)備。EPA通信卡接收來自EPA網(wǎng)絡(luò)的閥位指令并通過串行口傳送給電動執(zhí)行器，電動執(zhí)行器接到閥位指令后向網(wǎng)板發(fā)出應(yīng)答幀，雙方各自一收一發(fā)完成一個周期的通信。通信中網(wǎng)板是主節(jié)點，電動執(zhí)行器為從節(jié)點，每周期通信均是由通信卡發(fā)起，電動執(zhí)行器響應(yīng)。

通過EPA網(wǎng)橋?qū)⒃撛O(shè)備加入EPA網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測試，經(jīng)過專家組的驗收，該實驗系統(tǒng)成功通過了一致性測試、互可操作性測試等服務(wù)測試，時鐘同步精度也達(dá)到了毫秒級，基本上實現(xiàn)了EPA通信卡的功能。

6. 結(jié)束語

系統(tǒng)實時性要求越高，對硬件的要求也越高，如果要求時鐘同步精度和通信調(diào)度發(fā)送報文的時間精度達(dá)到實際應(yīng)用的水平，并且進(jìn)一步提高EPA設(shè)備通信的可靠性，則需要采用硬件實現(xiàn)的方法，即開發(fā)EPA專用通信芯片，在芯片級實現(xiàn)通信協(xié)議，預(yù)計EPA芯片很快會面世。相信在眾多研究機構(gòu)與廠商的共同努力下，EPA的推廣應(yīng)用將會取得豐碩的成果。

本文作者創(chuàng)新點：針對EPA通信協(xié)議提出了一種新的實現(xiàn)方法，此方法基于μC/OS-II嵌入式操作系統(tǒng)，用多任務(wù)的方式實現(xiàn)了各個協(xié)議實體及其調(diào)度。