引言：基于ARM微處理器和µC/OS-Ⅱ開(kāi)發(fā)的嵌入式防抱死制動(dòng)系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性好，可靠性高等特點(diǎn)，能在很大程度上提高控制器的可靠性和車(chē)輛的制動(dòng)性能。 一 S3C44B0X微處理器和µC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)的結(jié)合是我們開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)。 1、微處理器：一個(gè)成功的汽車(chē)電子控制單元，取決于設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)所用微處理器的選擇?，F(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)和自動(dòng)變速箱的電子控制單元一般需要采用32位的CPU來(lái)處理實(shí)時(shí)算法。而在汽車(chē)的底盤(pán)、安全和車(chē)身系統(tǒng)等領(lǐng)域，就可以根據(jù)控制的復(fù)雜程度使采用16位或者32位兩種微處理器。但是，底盤(pán)控制器在其大部分工作時(shí)間內(nèi)，要對(duì)傳感器進(jìn)行掃描，而CPU又必須時(shí)時(shí)刻刻能夠提供相應(yīng)的處理能力，能在僅僅幾個(gè)毫秒的時(shí)間內(nèi)完成整個(gè)判定程序，并起動(dòng)應(yīng)用程序。三星公司的S3C44B0X是一種主頻達(dá)66MHz的高性能微處理器，具有豐富的接口資源，已經(jīng)在眾多行業(yè)得到了高性?xún)r(jià)比的驗(yàn)證。據(jù)悉，在上海浦東張江已經(jīng)有某家汽車(chē)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)公司在使用該微處理器開(kāi)發(fā)汽車(chē)相關(guān)控制方面的產(chǎn)品。 2、編程語(yǔ)言：在過(guò)去，軟件工程師們開(kāi)發(fā)基于8位處理器和16位處理器汽車(chē)電控單元時(shí)，大多采用匯編語(yǔ)言來(lái)編制程序。而當(dāng)今隨著開(kāi)發(fā)周期的縮短和軟件復(fù)雜性的提高，使得設(shè)計(jì)師們不得不采用PLM，C語(yǔ)言等高級(jí)語(yǔ)言，總的看來(lái)，汽車(chē)嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中，軟件的趨勢(shì)是向C語(yǔ)言發(fā)展。將µC/OS-Ⅱ移植到ARM7TDMI微處理器上所采用的是可產(chǎn)生可重入代碼的C編譯器，而且因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)本身其代碼大部分就是用C語(yǔ)言編寫(xiě)的 3、操作系統(tǒng)：控制器設(shè)計(jì)師必須分析控制性能對(duì)操作系統(tǒng)的要求。隨著嵌入式系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加，汽車(chē)工業(yè)將采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS和更復(fù)雜的軟件開(kāi)發(fā)工具。高度綜合的娛樂(lè)、話(huà)音識(shí)別和路況引導(dǎo)系統(tǒng)，早已用實(shí)時(shí)軟件處理來(lái)自用戶(hù)和通信信息源的異步輸入。但是，汽車(chē)嵌套系統(tǒng)的設(shè)計(jì)師們還是抱怨，對(duì)于容量大而存儲(chǔ)器少的車(chē)輛控制系統(tǒng)，商用的RTOS還是太大，功能也過(guò)多。為了解決這些抱怨，歐洲汽車(chē)制造商們規(guī)定OSEK標(biāo)準(zhǔn)為汽車(chē)嵌套控制器開(kāi)發(fā)的公共平臺(tái)的應(yīng)用編程接口。（OSEK的名稱(chēng)來(lái)源于德國(guó)的一種叫法：“車(chē)內(nèi)電子設(shè)備的開(kāi)放系統(tǒng)和接口 ”）。一種免費(fèi)的源代碼公開(kāi)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)µC/OS-Ⅱ于上世紀(jì)90年代初應(yīng)運(yùn)而生，國(guó)外界內(nèi)專(zhuān)業(yè)人士已經(jīng)在非常廣泛的領(lǐng)域使用了該操作系統(tǒng)，適用于該操作系統(tǒng)的芯片幾乎包含了全球各主要芯片生產(chǎn)商，如Intel，AMD等，國(guó)內(nèi)同行較多在Motorola芯片上成功使用了該操作系統(tǒng)，越來(lái)越多的用戶(hù)已經(jīng)在Intel的16位微處理器比如8XC196KC上成功的實(shí)現(xiàn)了µC/OS-Ⅱ的運(yùn)行。 基于此，我們選擇三星公司的這種微處理器和已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用的源代碼公開(kāi)的操作系統(tǒng)來(lái)開(kāi)發(fā)我們的電控單元。 二 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的控制原理 一般的，防抱死制動(dòng)系統(tǒng)就是在每一個(gè)車(chē)輪上車(chē)輪轉(zhuǎn)速傳感器，用以測(cè)量轉(zhuǎn)速。這些傳感器將車(chē)輪轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸入電控單元，而在每一個(gè)車(chē)輪附近都安裝有開(kāi)關(guān)電磁閥，電控單元根據(jù)轉(zhuǎn)速信號(hào)計(jì)算車(chē)輪和車(chē)輛本身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)車(chē)輪制動(dòng)趨于抱死時(shí)，就向這些或常開(kāi)或常閉型的電磁閥發(fā)出電信號(hào)，以執(zhí)行開(kāi)或關(guān)的動(dòng)作，使得一部分制動(dòng)液從制動(dòng)輪缸中流出，從而減小輪缸的制動(dòng)壓力，即減壓；在制動(dòng)壓力減小到一定程度時(shí)，車(chē)輪抱死趨勢(shì)消除，就保持制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力，即保壓；當(dāng)車(chē)輪在慣性作用下又加速到一定程度時(shí)，在增大制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力，即增壓；當(dāng)車(chē)輪又被制動(dòng)到趨于抱死的狀態(tài)時(shí)，再執(zhí)行減壓過(guò)程，如此往復(fù)循環(huán)，確保車(chē)輪在制動(dòng)過(guò)程中得到最大的路面附著力，最短的制動(dòng)距離，避免了抱死現(xiàn)象的發(fā)生。下面是某車(chē)型防抱死制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分布圖（圖一）： 三 硬件設(shè)計(jì) ABS 的硬件原理圖見(jiàn)圖二 1、MCU：該控制器所采用的微處理器為Samsung公司的S3C44B0X，采用0.25µmCMOS工藝，其CPU采用ARM公司的主頻為66MHz并帶8KB緩存的ARM7TDMI RISC結(jié)構(gòu)，支持片上ICE中斷調(diào)試，并具有32位硬件乘法器。它還有兩個(gè)DMA通道，5個(gè)PWM定時(shí)器及1個(gè)內(nèi)部定時(shí)器，8個(gè)外部中斷源，8個(gè)10位的ADC，71個(gè)通用I/O口；另外，在能耗控制方面的性能顯得尤為突出，它總共有四種能量控制模式，包括正常、低、休眠和停止。片上ICE中斷調(diào)試支持JTAG調(diào)試方式，是該微處理器最顯著的特點(diǎn)，這也是與以往單片機(jī)開(kāi)發(fā)方式最明顯的區(qū)別之一。它的接口資源也及其豐富，有IIS總線(xiàn)接口，I2C總線(xiàn)接口，同步串行I/O口。 2、ROM電路：采用AM29F010-120/BUA(32)型DIP－32封裝的Flash，既可以滿(mǎn)足ABS數(shù)據(jù)容量的需要，又可以為后續(xù)設(shè)計(jì)擴(kuò)容。見(jiàn)圖三： 圖三 擴(kuò)展ROM電路 3、UART電路，S3C44B0X有2個(gè)帶DMA和中斷的UART，即有兩路TXD1、RXD1，TXD0、RXD0；支持5位、6位、7位、8位串行數(shù)據(jù)傳送與接收及傳送與接收時(shí)的雙向握手；每一個(gè)通道有2個(gè)內(nèi)部32位FIFO。 4、電磁閥（12V）驅(qū)動(dòng)電路，電機(jī)（12V）驅(qū)動(dòng)電路 用最新AG4的ECU電磁閥專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片。 四 軟件設(shè)計(jì)：軟件設(shè)計(jì)是整個(gè)ABS電控單元設(shè)計(jì)的核心。因?yàn)椴捎迷?2位的微處理器，在很大程度上是為了簡(jiǎn)化硬件的結(jié)構(gòu)，并可以利用其豐富的I/O和接口，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)底盤(pán)集成控制系統(tǒng)的研制。為了充分協(xié)調(diào)各項(xiàng)控制功能并提高CPU的利用率，軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，將每一模塊當(dāng)作一獨(dú)立的任務(wù)來(lái)管理。 1、 控制邏輯的進(jìn)一步分析：ABS的主要任務(wù)是控制邏輯算法以保持高制動(dòng)力，同時(shí)通過(guò)調(diào)整產(chǎn)生符合要求的側(cè)傾力以保持車(chē)輛的操縱穩(wěn)定性。這些信息要靠制動(dòng)及回轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)附著系數(shù)－滑移率（µ－s）曲線(xiàn)和車(chē)輛行駛狀態(tài)的假定來(lái)獲得?？刂埔?guī)則是要對(duì)車(chē)輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)而不是制動(dòng)壓力，它解決了車(chē)輪制動(dòng)壓力到底要減少多少這個(gè)問(wèn)題。如果車(chē)輪減速太快，那么就意味著制動(dòng)壓力的減少；而又因?yàn)橹苿?dòng)壓力的減少，車(chē)輪又會(huì)加速，那么相應(yīng)的制動(dòng)壓力又會(huì)增長(zhǎng)。壓力的增加要逐步進(jìn)行，以減少車(chē)輪運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)中瞬時(shí)現(xiàn)象的影響，而如果減速度很大的話(huà)，就可以快速減少制動(dòng)壓力。為了更好的進(jìn)行控制邏輯的研究和改進(jìn)，要建立各項(xiàng)模型，并對(duì)其邏輯進(jìn)行純軟件仿真。 2、 操作系統(tǒng)的移植： 1） 程序下載至Flash的過(guò)程：要在ARM7的Boot模式下把程序裝入AM29F010，此時(shí)該Flash的地址為0x70000000，CS0是其片選信號(hào)。ARM內(nèi)部有個(gè)128B的ROM，存放初始化ARM內(nèi)部COM口的程序，還有一個(gè)2K的SRAM。采用Boot模式啟動(dòng)ARM后，初始化程序即對(duì)COM口進(jìn)行初始化，并從該口接受2K程序到內(nèi)部SRAM，程序接受完畢即自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到這段2K程序執(zhí)行，用這段程序再次初始化內(nèi)部COM口，然后就可以通過(guò)該COM口接受µC/OS-Ⅱ到DRAM了，完成了這些過(guò)程，就可以把程序由DRAM裝入AM29F010了。裝入完畢后，要將模式切換到運(yùn)行一般程序用的Normal模式，并重新啟動(dòng)系統(tǒng)，改變模式后的Flash地址變?yōu)?x00000000，重新啟動(dòng)后的系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)跳到該地址開(kāi)始運(yùn)行µC/OS-Ⅱ。 2） 用typedef聲明10個(gè)數(shù)據(jù)類(lèi)型（OS_CPU.H），并用＃define聲明三個(gè)宏： ＃define OS_ENTER_CRITICAL（） ARMDisableInt（） ＃define OS_EXIT_CRITICAL（） ARMEnableInt（） ＃define OS_STK_GROUTH 1 以C語(yǔ)言編寫(xiě)6個(gè)與µC/OS-Ⅱ相關(guān)的函數(shù)。包括OSTaskStkInit（），OSTaskCreateHook（），OSTaskSwHook（），OSTaskStatHook（），OSTimeTickHook（）； 3) 用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)4個(gè)和S3C44B0X相關(guān)的函數(shù)。包括OSStartHighRdy（），OSCtxSw（），OSIntCtxSw（），OSTickISR（）； 五 總結(jié) 本文從實(shí)時(shí)性的角度描述了采用S3C44B0X微處理器和µC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)防抱死控制器的基本過(guò)程。主要分析了防抱死控制原理和操作系統(tǒng)的移植，并給出了部分硬件電路原理圖。經(jīng)過(guò)硬件在環(huán)仿真初步驗(yàn)證了軟硬件的可行性，實(shí)踐證明，采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)以及基于ARM7TDMI核的32位微處理器，大大的提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能，并使得系統(tǒng)的擴(kuò)展有了更大的可行性和更優(yōu)的簡(jiǎn)易性。真正的嵌入式系統(tǒng)，將在汽車(chē)電子控制單元的開(kāi)發(fā)中得到更為廣泛的應(yīng)用。 參考文獻(xiàn)： 1. 嵌入式系統(tǒng)構(gòu)件 （美）Jean J.Labrosse 著 袁勤勇 黃紹金 唐菁 等譯 機(jī)械工業(yè)出版社 2002年2月第一版 2. 嵌入式系統(tǒng)編程源代碼解析 （美）Dreamtech 軟件研發(fā)組 著 王勇 蓋江南 閻文麗 等譯 電子工業(yè)出版社 2002年9月第一版 3. µC/OS-Ⅱ——源碼公開(kāi)的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng) Jean J.Labrosse 著 邵貝貝 譯 中國(guó)電力出版社 2001年8月第一版 4. 2001年嵌入式系統(tǒng)及單片機(jī)國(guó)際學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集 沈緒榜 何立民 主編 北京航空航天大學(xué)出版社 2001年10月第一版 5. 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