一種基于汽車(chē)電控控制系統(tǒng)的多任務(wù)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于汽車(chē)控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于汽車(chē)電控控制系統(tǒng)的多任務(wù)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車(chē)電控系統(tǒng)EQJ-Electronic Control Unit，電子控制單元，又稱(chēng)“行車(chē)電腦”、“車(chē)載電腦”等。從用途上講則是汽車(chē)專(zhuān)用微機(jī)控制器，也叫汽車(chē)專(zhuān)用單片機(jī)。它和普通的單片機(jī)一樣，由微處理器(CPU)、存儲(chǔ)器(R0M、RAM)、輸入/輸出接口(I/O)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)、通信以及整形、驅(qū)動(dòng)等大規(guī)模集成電路組成。電控單元的功用是根據(jù)其內(nèi)存的程序和數(shù)據(jù)對(duì)各種傳感器輸入的信息進(jìn)行運(yùn)算、處理、判斷，然后輸出指令，向執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供電信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照控制規(guī)律執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。電控單元由微型計(jì)算機(jī)、輸入、輸出及控制電路等組成。因此汽車(chē)電控E⑶系統(tǒng)至少需要處理輸入/輸出、模數(shù)轉(zhuǎn)換、通信、整形、驅(qū)動(dòng)、運(yùn)算、處理、判斷等模塊的任務(wù)，如何在一個(gè)ECU系統(tǒng)中處理上述多個(gè)模塊的任務(wù)，使得其能夠在規(guī)定的時(shí)刻和時(shí)間段內(nèi)運(yùn)行最需要被處理的任務(wù)，從而確保整個(gè)ECU系統(tǒng)實(shí)時(shí)的，有條不紊的工作。目前，多任務(wù)實(shí)時(shí)控制通常有以下幾種設(shè)計(jì)技術(shù)/方法:
[0003]1、采用主循環(huán)任務(wù)輪詢(xún)機(jī)制，是一種比較普遍應(yīng)用的嵌入式軟件設(shè)計(jì)方法，將整個(gè)軟件劃分成不同的任務(wù)，然后在軟件的主函數(shù)中設(shè)計(jì)一個(gè)無(wú)限循環(huán)，所有的任務(wù)被安排在無(wú)限循環(huán)中，一旦軟件運(yùn)行后，無(wú)限循環(huán)就不斷的輪詢(xún)各個(gè)任務(wù)函數(shù)，被輪詢(xún)的任務(wù)將獲得CPU的使用權(quán)，此方法在MCU性能比較低或者軟件本身不是很復(fù)雜的系統(tǒng)中應(yīng)用比較流行，它能夠確保每個(gè)任務(wù)都可以輪流得到CPU的使用權(quán)。
[0004]2、采用嵌入式RTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，采用嵌入式RTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)不僅能夠確保所有實(shí)時(shí)任務(wù)及時(shí)獲得CPU的使用權(quán)，同時(shí)也可以使軟件程序開(kāi)發(fā)更加容易。比較流行的嵌入式RTOS系統(tǒng)有Vxwork，PSOS, VRTX, Nucleus, QNX和WinCE等。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)基本上都提供任務(wù)調(diào)度與管理、內(nèi)存管理、任務(wù)間同步與通信、時(shí)間管理和中斷服務(wù)等功能，其核心是任務(wù)調(diào)度控制算法，根據(jù)不同的RTOS其調(diào)度算法也不相同，主要調(diào)度機(jī)制有基于任務(wù)優(yōu)先級(jí)搶占式和時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度。使用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)對(duì)不僅對(duì)汽車(chē)電控系統(tǒng)ECU性能有一定要求，如RAM和ROM的大小，處理頻率等，同時(shí)也增加了整個(gè)電控系統(tǒng)的成本。
[0005]上述兩種設(shè)計(jì)方法具有以下缺陷:
[0006]1、采用主循環(huán)任務(wù)輪詢(xún)機(jī)制的多任務(wù)控制技術(shù)，所有任務(wù)在主程序無(wú)限循環(huán)中輪詢(xún)，實(shí)時(shí)性不強(qiáng)，一旦某個(gè)任務(wù)占用CPU時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，就將影響到其他任務(wù)的執(zhí)行效率。
[0007]2、采用嵌入式RTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的多任務(wù)調(diào)度技術(shù)，增加了系統(tǒng)的開(kāi)銷(xiāo)和軟件成本，同時(shí)嵌入式RTOS對(duì)運(yùn)行平臺(tái)一MCU的性能要求也比較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種基于汽車(chē)電控控制系統(tǒng)的多任務(wù)控制方法，來(lái)解決ECU軟件采用主循環(huán)任務(wù)輪詢(xún)機(jī)制實(shí)時(shí)性不強(qiáng)的缺陷和采用嵌入式RTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的ECU軟件帶來(lái)的系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)和成本問(wèn)題。
[0009]本發(fā)明的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)完成的。這種基于汽車(chē)電控控制系統(tǒng)的多任務(wù)控制方法，汽車(chē)電控控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和嵌入式軟件系統(tǒng)組成，硬件系統(tǒng)包括CPU內(nèi)核、RTI實(shí)時(shí)時(shí)鐘、MCU外設(shè)，嵌入式軟件系統(tǒng)輸入輸出、模數(shù)轉(zhuǎn)換、整形濾波、運(yùn)算、判斷處理、驅(qū)動(dòng)輸出和通信的不同任務(wù)模塊；包括實(shí)現(xiàn)步驟如下:
[0010]I)、汽車(chē)電控控制系統(tǒng)上電啟動(dòng)后，首先完成硬件系統(tǒng)的初始化工作，這些硬件系統(tǒng)的初始化工作完成后，緊接著需要完成嵌入式軟件系統(tǒng)的初始化工作，系統(tǒng)的硬件軟件初始化工作完成后打開(kāi)全局中斷向量，軟件即開(kāi)始進(jìn)入主函數(shù)循環(huán)執(zhí)行各個(gè)任務(wù)模塊；
[0011]2)、將嵌入式軟件系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)功能一次分解成輸入輸出、模數(shù)轉(zhuǎn)換、整形濾波、運(yùn)算、判斷處理、驅(qū)動(dòng)輸出和通信的不同任務(wù)模塊；并根據(jù)各個(gè)任務(wù)模塊的屬性進(jìn)行二次分解成連續(xù)任務(wù)集合和離散任務(wù)集合，其中輸入輸出、驅(qū)動(dòng)輸出和通信模塊為離散任務(wù)集合，模數(shù)轉(zhuǎn)換、整形濾波、運(yùn)算、判斷處理模塊為連續(xù)任務(wù)集合；
[0012]3)、主函數(shù)循環(huán)最先開(kāi)始進(jìn)行對(duì)RTI實(shí)時(shí)時(shí)鐘產(chǎn)生的時(shí)基定時(shí)標(biāo)志判斷，如果時(shí)基定時(shí)中斷發(fā)生了，則進(jìn)入時(shí)基調(diào)度，將重新計(jì)算和分配本次循環(huán)的任務(wù)執(zhí)行規(guī)律；如時(shí)基并沒(méi)有發(fā)生，將按照前一次循環(huán)的調(diào)度規(guī)律執(zhí)行本次循環(huán)；
[0013]4)、完成時(shí)基調(diào)度模塊的執(zhí)行后，將開(kāi)始按照任務(wù)調(diào)度的要求執(zhí)行各項(xiàng)任務(wù)模塊的功能函數(shù)，首先進(jìn)行連續(xù)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)判斷，把連續(xù)任務(wù)在本執(zhí)行循環(huán)中被賦予了動(dòng)態(tài)的任務(wù)優(yōu)先級(jí)，并按照優(yōu)先級(jí)從高到低線(xiàn)性執(zhí)行，如有的連續(xù)任務(wù)如果在本次循環(huán)中條件不具備了，就將掛起推出本次循環(huán)，直到條件滿(mǎn)足后的循環(huán)中從新賦予任務(wù)優(yōu)先級(jí)；
[0014]5)、執(zhí)行完連續(xù)任務(wù)集合后進(jìn)入離散任務(wù)狀態(tài)機(jī)輪詢(xún)，按照時(shí)間片和時(shí)基定時(shí)將不同頻率的離散任務(wù)進(jìn)行劃分，再在主程序循環(huán)中通過(guò)狀態(tài)機(jī)來(lái)處理不同頻率的離散任務(wù)分支，處理完成離散任務(wù)后返回主循環(huán)重新進(jìn)入下一次循環(huán)處理。
[0015]作為優(yōu)選，所述的軟件主函數(shù)循環(huán)主要運(yùn)行調(diào)度算法、連續(xù)任務(wù)集合和離散任務(wù)集合三個(gè)模塊；其中調(diào)度算法是對(duì)RTI實(shí)時(shí)時(shí)鐘的時(shí)基定時(shí)標(biāo)志、任務(wù)標(biāo)志和時(shí)間片標(biāo)志進(jìn)行判斷和重新分配，以決定本次循環(huán)的連續(xù)任務(wù)和離散任務(wù)的執(zhí)行。
[0016]作為優(yōu)選，所述的連續(xù)任務(wù)集合按照微秒級(jí)進(jìn)行輪詢(xún)，而離散任務(wù)集合按照毫秒級(jí)時(shí)間片處理。
[0017]本發(fā)明的有益效果為:1、解決了汽車(chē)電控ECU系統(tǒng)多任務(wù)實(shí)時(shí)控制采用的主循環(huán)任務(wù)輪詢(xún)機(jī)制的所有功能模塊輪流執(zhí)行，無(wú)法根據(jù)不同任務(wù)的屬性進(jìn)行實(shí)時(shí)性動(dòng)態(tài)調(diào)度；
2、解決了汽車(chē)電控ECU系統(tǒng)的軟硬件開(kāi)銷(xiāo)，降低ECU軟件開(kāi)發(fā)成本。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本發(fā)明的汽車(chē)電控控制系統(tǒng)多任務(wù)控制實(shí)現(xiàn)流程圖。
[0019]圖2是本發(fā)明的汽車(chē)電控控制系統(tǒng)多任務(wù)實(shí)現(xiàn)原理框圖。
[0020]圖3是本發(fā)明的一種多任務(wù)實(shí)時(shí)控制在汽車(chē)電控控制系統(tǒng)中的應(yīng)用方法的主循環(huán)執(zhí)行流程圖。
[0021]圖4是本發(fā)明的離散任務(wù)時(shí)間片劃分圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)的介紹:如附圖1至4所示，這種基于汽車(chē)電控控制系統(tǒng)的多任務(wù)控制方法，汽車(chē)電控控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和嵌入式軟件系統(tǒng)組成，硬件系統(tǒng)包括CPU內(nèi)核、RTI實(shí)時(shí)時(shí)鐘、MCU外設(shè)，嵌入式軟件系統(tǒng)輸入輸出、模數(shù)轉(zhuǎn)換、整形濾波、運(yùn)算、判斷處理、驅(qū)動(dòng)輸出和通信的不同任務(wù)模塊；包括實(shí)現(xiàn)步驟如下:
[0023]I)、汽車(chē)電控控制系統(tǒng)上電啟動(dòng)后，首先完成硬件系統(tǒng)的初始化工作，這些硬件系統(tǒng)的初始化工作完成后，緊接著需要完成嵌入式軟件系統(tǒng)的初始化工作，系統(tǒng)的硬件軟件初始化工作完成后打開(kāi)全局中斷向量，軟件即開(kāi)始進(jìn)入主函數(shù)循環(huán)執(zhí)行各個(gè)任務(wù)模塊；
[0024]2)、將嵌入式軟件系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)功能一次分解成輸入輸出、模數(shù)轉(zhuǎn)換、整形濾波、運(yùn)算、判斷處理、驅(qū)動(dòng)輸出和通信的不同任務(wù)模塊；并根據(jù)各個(gè)任務(wù)模塊的屬性進(jìn)行二次分解成連續(xù)任務(wù)集合和離散任務(wù)集合，其中輸入輸出、驅(qū)動(dòng)輸出和通信模塊為離散任務(wù)集合，模數(shù)轉(zhuǎn)換、整形濾波、運(yùn)算、判斷處理模塊為連續(xù)任務(wù)集合；
[0025]3)、軟件主函數(shù)循環(huán)最先開(kāi)始進(jìn)行對(duì)RTI實(shí)時(shí)時(shí)鐘產(chǎn)生的時(shí)基定時(shí)標(biāo)志判斷，如果時(shí)基定時(shí)中斷發(fā)生了，則進(jìn)入時(shí)基調(diào)度，將重新計(jì)算和分配本次循環(huán)的任務(wù)執(zhí)行規(guī)律；如時(shí)基并沒(méi)有發(fā)生，將按照前一次循環(huán)的調(diào)度規(guī)律執(zhí)行本次循環(huán)；
[0026]4)、完成時(shí)基調(diào)度模塊的執(zhí)行后，將開(kāi)始按照任務(wù)調(diào)度的要求執(zhí)行各項(xiàng)任務(wù)模塊的功能函數(shù)，首先進(jìn)行連續(xù)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)判斷，把連續(xù)任務(wù)在本執(zhí)行循環(huán)中被賦予了動(dòng)態(tài)的任務(wù)優(yōu)先級(jí)，并按照優(yōu)先級(jí)從高到低線(xiàn)性執(zhí)行，如有的連續(xù)任務(wù)如果在本次循環(huán)中條件不具備了，就將掛起推出本次循環(huán)，直到條件滿(mǎn)足后的循環(huán)中從新賦予任務(wù)優(yōu)先級(jí)；
[0027]5)、執(zhí)行完連續(xù)任務(wù)集合后進(jìn)入離散任務(wù)狀態(tài)機(jī)輪詢(xún)，按照時(shí)間片和時(shí)基定時(shí)將不同頻率的離散任務(wù)進(jìn)行劃分，再在主程序循環(huán)中通過(guò)狀態(tài)機(jī)來(lái)處理不同頻率的離散任務(wù)分支，處理完成離散任務(wù)后返回主循環(huán)重新進(jìn)入下一次循環(huán)處理。
[0028]如圖1所示，將汽車(chē)電控系統(tǒng)多任務(wù)根據(jù)任務(wù)的功能分解成輸入/輸出、模數(shù)轉(zhuǎn)換、整形濾波、運(yùn)算、判斷處理、驅(qū)動(dòng)輸出和通信等不同任務(wù)模塊，然后根據(jù)各個(gè)任務(wù)模塊的屬性進(jìn)一步分解成連續(xù)任務(wù)和離散任務(wù)集合，其中各個(gè)任務(wù)通過(guò)參數(shù)來(lái)傳遞任務(wù)與任務(wù)之間的關(guān)聯(lián)性，然后根據(jù)任務(wù)的不同屬性進(jìn)行調(diào)度控制，以決定當(dāng)前時(shí)刻哪個(gè)任務(wù)占用ECU的 CPU。
[0029]如圖2所示，主要由初始化模塊、調(diào)度算法機(jī)制、輪詢(xún)連續(xù)任務(wù)、離散任務(wù)狀態(tài)機(jī)四大模塊構(gòu)成，軟件整體架構(gòu)模塊化、簡(jiǎn)明清晰、不冗余，依照本發(fā)明提供的設(shè)計(jì)方法也能降低整個(gè)軟件開(kāi)發(fā)的難度。首先是初始化模塊，初始化模塊主要完成系統(tǒng)復(fù)位，CPU內(nèi)核、RTI實(shí)時(shí)時(shí)鐘、MCU外設(shè)、系統(tǒng)變量及全局中斷等配置與初始化工作，由于嵌入式軟件是運(yùn)行在電控ECU系統(tǒng)的MCU (單片機(jī))硬件平臺(tái)上，ECU硬件系統(tǒng)上電啟動(dòng)后，ECU軟件首先要完成硬件系統(tǒng)的初始化工作，如系統(tǒng)復(fù)位、CPU主頻、電源監(jiān)控、軟件陷阱配置、RTI實(shí)時(shí)時(shí)鐘配置以及需要用到的外設(shè)接口如GP1、PWM, ADC等初始化配置，這些硬件系統(tǒng)的初始化工作完成后，緊接著需要完成軟件功能模塊的初始化工作