1 嵌入式操作系統(tǒng)

• 為什么要用嵌入式操作系統(tǒng)

普通的單片機(jī)編程：程序（軟件）——單片機(jī)硬件房午；

嵌入式操作系統(tǒng)開發(fā)：程序（軟件）——操作系統(tǒng)——嵌入式硬件（包括單片機(jī)等）;

我們平時(shí)普通所學(xué)的單片機(jī)編程開發(fā)，一般情況下都需要對(duì)單片機(jī)的片載資源進(jìn)行了解，了解IO口、PWM發(fā)生器、中斷、定時(shí)器、串口等常用的內(nèi)部資源于样，然后一般采用Ｃ編程的面向過程編程，程序的運(yùn)行過程從進(jìn)入入口函數(shù)開始運(yùn)行吱抚，是順序執(zhí)行的。單片機(jī)的開發(fā)秘豹，相對(duì)來說比較簡(jiǎn)單携御，但是不同的單片機(jī)，要實(shí)現(xiàn)相同的功能既绕，其內(nèi)部程序必然存在差別啄刹，也就是所說的移植性較差，另外在開發(fā)單片機(jī)時(shí)凄贩，必然要閱讀芯片手冊(cè)誓军，對(duì)可用的資源有一定的硬件上的了解。在事件的執(zhí)行上也不如嵌入式開發(fā)來得效率高疲扎。

嵌入式開發(fā)昵时，也就是在已有的硬件基礎(chǔ)上移植操作系統(tǒng)，開發(fā)者所寫的軟件程序運(yùn)行在操作系統(tǒng)中椒丧，通過調(diào)用操作系統(tǒng)提供的 API 接口等調(diào)用硬件資源壹甥，實(shí)現(xiàn)想要實(shí)現(xiàn)的功能。操作系統(tǒng)某種程度上屏蔽了底層的硬件壶熏，可以暫時(shí)不去考慮操作系統(tǒng)是如何調(diào)用硬件資源問題句柠，這其中涉及到驅(qū)動(dòng)等知識(shí)。

當(dāng)然，想要實(shí)現(xiàn)移植操作系統(tǒng)的單片機(jī)溯职，相對(duì)來說其性能就要求高一些精盅，像普通的51芯片，即使移植剪裁到很小的Linux系統(tǒng)谜酒，運(yùn)行起來也很吃力叹俏。

開發(fā)者所寫的程序是與操作系統(tǒng)相關(guān)，與硬件無關(guān)甚带，只要運(yùn)行在相同的操作系統(tǒng)中即可她肯，因此嵌入式開發(fā)具有較好的移植性佳头，對(duì)底層硬件也不強(qiáng)制要求熟悉鹰贵，此外嵌入式系統(tǒng)通常是并發(fā)式執(zhí)行任務(wù)，因此執(zhí)行效率要好康嘉。比如要說得us/Os II 可同時(shí)管理64個(gè)任務(wù)碉输，多個(gè)任務(wù)的處理在同時(shí)間段內(nèi)同步完成。（這里涉及到多線程以及CPU時(shí)間片的概念）亭珍。

總結(jié)來說敷钾，與單片機(jī)開發(fā)相比，嵌入式開發(fā)有如下優(yōu)點(diǎn)：

1. 移植性好肄梨；
2. 屏蔽硬件阻荒，不要求對(duì)硬件資源的熟悉性；
3. 多任務(wù)實(shí)時(shí)性高众羡，效率高侨赡；

除此之外，嵌入式操作系統(tǒng)還具備很多優(yōu)越性：精簡(jiǎn)的內(nèi)核粱侣，高實(shí)時(shí)性羊壹，多任務(wù)的操作系統(tǒng)；高可靠性齐婴；可裁剪性好油猫；

百度百科的解釋還是很有道理的：

嵌入式操作系統(tǒng)（Embedded Operating System，簡(jiǎn)稱：EOS）是指用于嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)柠偶。嵌入式操作系統(tǒng)是一種用途廣泛的系統(tǒng)軟件情妖，通常包括與硬件相關(guān)的底層驅(qū)動(dòng)軟件、系統(tǒng)內(nèi)核诱担、設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口毡证、通信協(xié)議、圖形界面该肴、標(biāo)準(zhǔn)化瀏覽器等情竹。嵌入式操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)嵌入式系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配、任務(wù)調(diào)度秦效，控制雏蛮、協(xié)調(diào)并發(fā)活動(dòng)。它必須體現(xiàn)其所在系統(tǒng)的特征阱州，能夠通過裝卸某些模塊來達(dá)到系統(tǒng)所要求的功能挑秉。目前在嵌入式領(lǐng)域廣泛使用的操作系統(tǒng)有：嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-II、嵌入式Linux苔货、Windows Embedded犀概、VxWorks等，以及應(yīng)用在智能手機(jī)和平板電腦的Android夜惭、iOS等姻灶。

2 μC/OS-II系統(tǒng)

2.1 μC/OS-II特點(diǎn)

• 小巧的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，整個(gè)代碼分為內(nèi)核層和移植層诈茧，方便移植和裁剪
• 搶占式調(diào)度策略产喉，保證任務(wù)的實(shí)時(shí)性
• 可管理多達(dá)64個(gè)任務(wù)
• 提供了用于任務(wù)通信的事件（信號(hào)量，消息隊(duì)列敢会，郵箱等）管理曾沈，內(nèi)存管理，時(shí)間管理等系統(tǒng)服務(wù)

2.2 內(nèi)核結(jié)構(gòu)

• 臨界段（Critical Sections）：臨界區(qū)鸥昏，指處理是不可分割的代碼塞俱，一旦這部分代碼開始執(zhí)行了，則不允許任何中斷打斷

  1. 實(shí)現(xiàn)資源共享
  2. 處理臨界段代碼是需要關(guān)中斷吏垮，處理完畢后再打開中斷障涯，系統(tǒng)定義了兩個(gè)宏（macros）來開關(guān)中斷

  OS_ENTER_CRITICAL()
  OS_EXIT_CRITCAL()
  //宏定義的具體實(shí)現(xiàn)取決于移植所用的微處理器，每種微處理器都要自己的OS_CPU.H文件
  

• 任務(wù)：

  1. 任務(wù)通常是無限循環(huán)
  2. 系統(tǒng)可管理多達(dá)64個(gè)任務(wù)惫皱，但保留了0,1,2,3像樊，OS_LOWEST_PRIO-3,OS_LOWEST_PRIO-2,OS_LOWEST_PRIO-1,OS_LOWEST_PRIO這8個(gè)任務(wù)以備系統(tǒng)使用，其中包括系統(tǒng)空閑任務(wù)旅敷，和系統(tǒng)CPU效率使用計(jì)算等任務(wù)
  3. 用戶可使用多達(dá)56個(gè)任務(wù)生棍，在創(chuàng)建任務(wù)時(shí)需要給任務(wù)賦予不同的優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)號(hào)越低媳谁，任務(wù)優(yōu)先級(jí)越高涂滴。μC/OS-II系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度是基于優(yōu)先級(jí)的。
  4. OS_LOWEST_PRO 該變量可以在中OS_CFG.H 中定義晴音，說明應(yīng)用程序中任務(wù)優(yōu)先級(jí)別的數(shù)目

• 中斷處理：

  1. 中斷服務(wù)子程序框架：保存全部CPU寄存器 -- 調(diào)用OSIntEnter或者OSIntNesting直接加1 -- 執(zhí)行用戶代碼中斷服務(wù)（匯編或者C編譯器支持在線匯編） -- 調(diào)用OSIntExit -- 恢復(fù)CPU寄存器 -- 執(zhí)行中斷返回命令
  2. 注意：中斷服務(wù)子程序運(yùn)行結(jié)束后會(huì)發(fā)生一次任務(wù)調(diào)度柔纵，所以并不一定會(huì)繼續(xù)運(yùn)行被中斷的任務(wù)

• 時(shí)鐘節(jié)拍：

  1. 時(shí)鐘節(jié)拍是一種特殊得中斷，操作系統(tǒng)的心臟锤躁，對(duì)任務(wù)列表進(jìn)行掃描搁料，判斷是否有延時(shí)任務(wù)應(yīng)該處于準(zhǔn)備就緒狀態(tài)，進(jìn)行上下文切換，也就是切換任務(wù)
  2. μC/OS-II系統(tǒng)需要用戶提供周期性信號(hào)源郭计，系統(tǒng)在多任務(wù)系統(tǒng)啟動(dòng)以后再開啟時(shí)鐘節(jié)拍器
  3. OSTickISR()：硬件定時(shí)器以時(shí)鐘節(jié)拍為周期定時(shí)產(chǎn)生中斷霸琴，該中斷服務(wù)程序?yàn)镺STickISR，該函數(shù)中主要調(diào)用了OSTIMETick()函數(shù)來完成系統(tǒng)在每個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍需要完成的工作昭伸。

  保存處理器寄存器的值
  調(diào)用OSIntEnter()或是OSIntNesting加1
  調(diào)用OSTimeTick()
  調(diào)用OSIntExit()
  恢復(fù)處理器寄存器的值
  執(zhí)行中斷返回指令
  

  5. OSTimeTick()：時(shí)鐘節(jié)拍服務(wù)函數(shù)做的工作包括：記錄節(jié)拍樹梧乘，任務(wù)延時(shí)減一，其任務(wù)時(shí)在每個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍了解任務(wù)的延時(shí)狀態(tài)庐杨，使得其中延時(shí)結(jié)束的非掛起任務(wù)進(jìn)入就緒狀態(tài)选调。

• μC/OS-II系統(tǒng)初始化

  1. OSInit():建立空閑任務(wù)idle task，這個(gè)任務(wù)總是處于就緒態(tài)灵份，空閑任務(wù)OSTaskIDLE()的優(yōu)先級(jí)總是設(shè)成最低
  2. 初始化4個(gè)空數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)：OS_MAX_TASKS(OSTCBFreeList)任務(wù)控制塊鏈表仁堪，OS_MAX_EVENTS(OSEventFreeList)ECB時(shí)間控制塊鏈表，OS_MAX_QS(OSQFreeList),OS_MAX_MEM_PART(OSMemFreeList)
  3. OSStart()啟動(dòng)：開始多任務(wù)執(zhí)行各吨，啟動(dòng)之前枝笨，至少要調(diào)用OSTaskCreate()創(chuàng)建一個(gè)應(yīng)用任務(wù)

2.3 任務(wù)管理

• 任務(wù)狀態(tài)：OSTCBStat 任務(wù)狀態(tài)字

  
  
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• 任務(wù)控制塊OS_TCB：用來記錄任務(wù)的堆棧指針，任務(wù)的當(dāng)前狀態(tài)揭蜒，任務(wù)的優(yōu)先級(jí)等一些與任務(wù)管理有關(guān)的屬性的表，叫做任務(wù)控制塊TCB剔桨。系統(tǒng)初始化時(shí)會(huì)按照用戶提供的任務(wù)數(shù)（OS_MAX_TASKS）為任務(wù)創(chuàng)建相應(yīng)數(shù)量的任務(wù)控制塊鏈表屉更，也就是空任務(wù)塊鏈表，當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)后洒缀，會(huì)調(diào)用OSTCBInit來為任務(wù)控制塊進(jìn)行初始化瑰谜，從鏈表中獲取一個(gè)任務(wù)控制塊，并利用屬性對(duì)各個(gè)成員賦值树绩，最后將該塊鏈入鏈表頭部萨脑。

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• 任務(wù)就緒表：ready List：包含兩個(gè)變量，OSRdyGrp和OSRdyTb1[],每個(gè)任務(wù)的就緒標(biāo)志都會(huì)放入就緒表中饺饭，任務(wù)按照優(yōu)先級(jí)分組渤早，8個(gè)任務(wù)為一組（64個(gè)任務(wù)），OSRdyGrp中的每一位表示8組任務(wù)中每一組中是否有進(jìn)入就緒狀態(tài)的任務(wù)瘫俊。

• 任務(wù)堆棧：保存CPU寄存器中的內(nèi)容及存儲(chǔ)私有數(shù)據(jù)的需要鹊杖，每個(gè)任務(wù)都應(yīng)該分配有自己的堆棧，任務(wù)堆棧是任務(wù)的重要組成部分扛芽，在應(yīng)用程序中定義任務(wù)堆棧方法為：OS_TSK TaskStk[TASK_STK_SIZE]定義一個(gè)OS_STK類型數(shù)組并在創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)時(shí)將數(shù)組地址賦給該任務(wù)骂蓖。

• 任務(wù)創(chuàng)建：創(chuàng)建函數(shù)：OSTaskCreate + 創(chuàng)建函數(shù)：OSTaskCreateExt 創(chuàng)建任務(wù)時(shí)傳遞任務(wù)的堆棧指針，任務(wù)的指針川尖，任務(wù)參數(shù)以及任務(wù)優(yōu)先級(jí)等登下，OSTaskCreate()在創(chuàng)建任務(wù)時(shí)會(huì)調(diào)用任務(wù)堆棧初始化函數(shù)OSTaskStkInit()來完成任務(wù)堆棧的初始化工作，這個(gè)函數(shù)在OS_CPU.C根據(jù)處理器移植時(shí)編寫

• 任務(wù)調(diào)度（Task Scheduling）：

  1. 搶占式多任務(wù)內(nèi)核，優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)一旦準(zhǔn)備就緒被芳，就擁有CPU的所有權(quán)開始運(yùn)行银酬，uc/OS 不支持時(shí)間片輪轉(zhuǎn)，任務(wù)調(diào)度是指：查找準(zhǔn)備就緒的最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)并進(jìn)行上下文的切換筐钟。（任務(wù)調(diào)度的所花費(fèi)時(shí)間是常數(shù)）
  2. 任務(wù)就緒表：ready List：任務(wù)調(diào)度的依據(jù)揩瞪，包含兩個(gè)變量，OSRdyGrp和OSRdyTb1[],每個(gè)任務(wù)的就緒標(biāo)志都會(huì)放入就緒表中篓冲，任務(wù)按照優(yōu)先級(jí)分組李破，8個(gè)任務(wù)為一組（64個(gè)任務(wù)），OSRdyGrp中的每一位表示8組任務(wù)中每一組中是否有進(jìn)入就緒狀態(tài)的任務(wù)壹将。
  3. 系統(tǒng)在RAM中設(shè)立一個(gè)記錄表嗤攻，每個(gè)任務(wù)在表中占據(jù)一個(gè)位置，用這個(gè)位置1/0的狀態(tài)判斷任務(wù)是否處于就緒狀態(tài)诽俯，可使用相關(guān)代碼將相關(guān)任務(wù)設(shè)為就緒狀態(tài)或者脫離就緒狀態(tài)妇菱，以及獲取到優(yōu)先級(jí)別最高的就緒任務(wù)
     
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• 任務(wù)切換：OS_TASK_SW()任務(wù)切換宏:中止正在運(yùn)行的任務(wù)，轉(zhuǎn)而去運(yùn)行另外一個(gè)任務(wù)的操作暴区，這個(gè)任務(wù)時(shí)就緒任務(wù)中優(yōu)先級(jí)別最高的那個(gè)任務(wù)闯团。簡(jiǎn)單說，就是將掛起的任務(wù)寄存器入棧仙粱，將較高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的寄存器出棧

2.4 內(nèi)存管理

• μC/OS-II系統(tǒng)中將連續(xù)的大塊的內(nèi)存按分區(qū)來管理房交，每個(gè)分區(qū)包含有整數(shù)個(gè)大小相同的內(nèi)存塊
• 內(nèi)存控制塊OS_MEM: memory control blocks 系統(tǒng)的每個(gè)內(nèi)存分區(qū)都有它自己的內(nèi)存控制塊
• 使用內(nèi)存管理：需要在OS_CFG.H文件中將開關(guān)量OS_MEM_EN 置1
• 創(chuàng)建內(nèi)存分區(qū)：OSMEMCreate()
• 分配一個(gè)內(nèi)存塊：OSMemGet()
• 釋放一個(gè)內(nèi)存塊：OSMEMPut()

2.5 時(shí)間管理：系統(tǒng)服務(wù)

• 時(shí)鐘節(jié)拍：定時(shí)中斷來實(shí)現(xiàn)延時(shí)和超時(shí)控制，這個(gè)中斷叫做時(shí)鐘節(jié)拍伐割，每秒發(fā)生10 -100次候味，頻率越高，系統(tǒng)負(fù)荷越重
• OSTimeDlY():系統(tǒng)規(guī)定：除了空閑任務(wù)之外所有任務(wù)必須在任務(wù)中合適位置調(diào)用OSTIMEDly隔心，使得當(dāng)前任務(wù)運(yùn)行延時(shí)一段時(shí)間白群，并進(jìn)行一次任務(wù)調(diào)度，以讓出CPU使用權(quán)硬霍。其中操作包括：取消當(dāng)前任務(wù)就緒狀態(tài)帜慢，延時(shí)節(jié)拍數(shù)存入TCB，調(diào)用調(diào)度函數(shù)须尚。
• OSTimeDlyResume:取消任務(wù)延時(shí)
• OSTimeGet：獲取系統(tǒng)時(shí)間
• OSTimeSet：設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間等

2.6 任務(wù)間的通信：數(shù)據(jù)共享與通信

• 臨界段：臨界資源保護(hù)

• 操作系統(tǒng)通信方法 -- 事件Event：信號(hào)量崖堤，郵箱，消息隊(duì)列耐床，信號(hào)量集

• OSSchedLock() 禁止調(diào)度保護(hù)任務(wù)級(jí)的共享資源

• 事件（ECB 事件控制塊）OS_EVENT:

typedef struct 
{
   INT8U  OSEventType;            //事件的類型
   INT16U OSEventCnt;            //信號(hào)量計(jì)數(shù)器
   void *OSEventPtr;        //消息或消息隊(duì)列的指針
   INT8U  OSEventGrp;        //等待事件的任務(wù)組
   INT8U OSEventTbl[OS_EVENT_TBL_SIZE];//任務(wù)等待表
} OS_EVENT;

1. 信號(hào)量（Semaphore）:控制共享資源的使用權(quán)密幔，標(biāo)志事件的發(fā)生，使得兩個(gè)任務(wù)的行為同步撩轰，信號(hào)量包括信號(hào)量計(jì)數(shù)值和等待該信號(hào)任務(wù)的等待任務(wù)表胯甩，操作：OSSEMCreate(創(chuàng)建一個(gè)信號(hào)量昧廷，這個(gè)時(shí)候系統(tǒng)從空事件控制塊鏈表中獲取一個(gè)控制塊，對(duì)它初始化并描述該事件）偎箫，OSSEemPend(OS_Event *pevent,INT16U timeout,INTU *err)請(qǐng)求信號(hào)量木柬，pevent是被請(qǐng)求信號(hào)量的指針， OSSemPost（OS_EVENT *pevent)釋放信號(hào)量淹办，如果不需要某信號(hào)量了可以調(diào)用OssDel（OS_EVENT *pevent,INT8U opt,INT8U *err),注意互斥信號(hào)量與優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)的問題
2. 消息郵箱：OS_EVENT_TYPE_MBOX:在兩個(gè)需要通信的任務(wù)之間通過傳遞數(shù)據(jù)緩沖區(qū)指針的方法來通信
3. 消息隊(duì)列：OS_EVENT_TYPE_Q:相當(dāng)于是共用一個(gè)任務(wù)等待列表的消息郵箱數(shù)組
4. 信號(hào)量集

2.7 移植 μC/OS-II系統(tǒng)

• 移植的條件
  1. 處理器的C編譯器能產(chǎn)生并可重入代碼
  2. 在程序中可以打開或者關(guān)閉中斷
  3. 處理器支持定時(shí)中斷（10-1000Hz）
  4. 處理器能夠容納一定量的數(shù)據(jù)硬件堆棧眉枕，因?yàn)槊總€(gè)任務(wù)都有自己的任務(wù)堆棧，在調(diào)度時(shí)用于將當(dāng)前任務(wù)的CPU寄存器存放到此任務(wù)的堆棧中怜森，再從另一個(gè)任務(wù)中恢復(fù)原來的工作寄存器速挑，繼續(xù)運(yùn)行另一個(gè)任務(wù)，這是多任務(wù)調(diào)度的基礎(chǔ)副硅。
  5. 處理器有將堆棧指針和其他CPU寄存器存儲(chǔ)或者獨(dú)處到堆棧/內(nèi)存的指令

• 移植文件

  1. 設(shè)置OS_CPU.H與處理器和編譯器相關(guān)的代碼:包括定義數(shù)據(jù)類型INT8U姥宝，INT8S等，使用OS_ENTER_CRITICAL等宏開啟中斷關(guān)閉中斷等恐疲，定義堆棧增長(zhǎng)方向（要注意）

  2. 用C語言編寫與操作系統(tǒng)相關(guān)的函數(shù) OS_CPU_C.C：OSTaskStkInit（初始化任務(wù)堆棧）腊满，OSTaskCreateHook，OSTaskDelHook培己，OSTaskSwHoOK碳蛋，OSTaskStatHook，OSTimeTickHooK,比較重要的是第一個(gè)漱凝，后面五個(gè)一般可置空

  3. 用匯編語言編寫四個(gè)與處理器相關(guān)的函數(shù) OS_CPU.ASM：OSStartHighRdy疮蹦，OSCtxSw（上下文切換）OSIntCtxSw（中斷級(jí)任務(wù)切換），OSTickISR

• 系統(tǒng)體系: OS_CFG.H 系統(tǒng)配置

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3 通信接口：SPI茸炒，SCI，IIC

3.1 SPI：serial peripheral interface

• 串行外圍設(shè)備接口阵苇，Motorola公司推出的一種同步串行接口壁公，SPI總線是一種三線同步總線，硬件功能很強(qiáng)绅项，CPU有更多時(shí)間處理其他事務(wù)
• 同步需要多出一條時(shí)鐘線
• 常用于擴(kuò)展外設(shè)：AD紊册，DA，F(xiàn)RAM快耿，DSP等
• SPI總線由三條信號(hào)線組成：串行時(shí)鐘(SCLK/SPSCK)囊陡、串行數(shù)據(jù)輸出(SDO/MOSO)、串行數(shù)據(jù)輸入(SDI/MOSI)掀亥。SPI總線可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)SPI設(shè)備互相連接撞反。提供SPI串行時(shí)鐘的SPI設(shè)備為SPI主機(jī)或主設(shè)備(Master)，其他設(shè)備為SPI從機(jī)或從設(shè)備(Slave)搪花。主從設(shè)備間可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信遏片，當(dāng)有多個(gè)從設(shè)備時(shí)嘹害，還可以增加一條從設(shè)備選擇線(Slave Select)。
• 寄存器：SPI數(shù)據(jù)寄存器吮便，SPI控制寄存器笔呀，狀態(tài)控制寄存器

3.2 SCI：serial communication interface

• 串行通信接口，motorola公司推出的一種通用的異步通信接口UART髓需，異步只需要發(fā)送和接收兩根線
• 常用于串行通信：RS422许师，RS485，RS232
• 波特率：每秒內(nèi)傳送的位數(shù) bps
• MCU內(nèi)引腳的輸入輸出通常采用TTL電平僚匆，適合板內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸微渠，為了信號(hào)傳輸更遠(yuǎn)，可以轉(zhuǎn)化成RS232白热，RS485總線標(biāo)準(zhǔn)
• 寄存器：SCI數(shù)據(jù)寄存器（接收移位寄存器敛助，發(fā)送移位寄存器），SCI控制寄存器屋确，SCI狀態(tài)寄存器纳击，SCI波特率寄存器
• UART：UART（Universal Asynchronous Receiver & Transmitter)即通用異步收發(fā)器，是串行通信的一種協(xié)議攻臀，它規(guī)定串行通信的波特率焕数、起始/停止位、數(shù)據(jù)位刨啸、校驗(yàn)位等格式堡赔，以及各種異步握手信號(hào)。

3.3 I2C：I2C總線

• Philips公司開發(fā)的一種簡(jiǎn)單的雙向二進(jìn)制同步串行總線设联，只需要兩根線即可連接于總線上的在器件之間傳送信息善已，具備多主機(jī)系統(tǒng)所需要的包括總線裁決和高低速器件同步功能的高性能串行總線
• 兩根線：SDA（串行數(shù)據(jù)線） SCL（串行時(shí)鐘線），連接在總線上的IC數(shù)量受總線最大電容限制离例，兩根線都是雙向數(shù)據(jù)線换团，
• 每個(gè)接到I2C總線上的器件都有唯一地址，I2C有存在總線仲裁機(jī)制宫蛆，以確定哪一臺(tái)主機(jī)控制總線艘包，發(fā)送數(shù)據(jù)到其他器件

4 XGATE

4.1 什么是xgate

• 飛思卡爾9s12X系列雙核中的協(xié)處理器XGATE

• 雙核架構(gòu)，增加了一個(gè)RISC核的高效協(xié)處理器耀盗，XGATE模塊想虎，專門用于處理中斷任務(wù)，可以將主核CPU從執(zhí)行耗時(shí)的中斷處理程序工作中解放出來叛拷，專注于執(zhí)行與應(yīng)用有關(guān)的任務(wù)舌厨，實(shí)現(xiàn)更好的實(shí)時(shí)事件處理，XGATE采用RISC指令核胡诗，代碼高效邓线，主頻運(yùn)行速率可達(dá)到主核的2倍淌友。

4.2 xgate配置與使用

• xgate.cxgate文件為XGATE的主文件，在其中編寫需要的中斷服務(wù)子程序
• xgate.h 是對(duì)XGATE用到的一些聲明
• 在Main.c文件中定義CPU與XGate共享的數(shù)據(jù)

#pragma DATA_SEG_SHARED_DATA
volatile int shared_counter骇陈；// 定義XGATE與主核共享RAM的變量
#pragma DATA_SEG DEFAULT

• 在Main.c 文件中設(shè)置SetupXGATE：定義xgate的中斷向量表的偏移地址震庭，以及中斷權(quán)限的分配，決定是主CPU還是XGATE響應(yīng)中斷

#define ROUTE_INTERRUPT(vec_adr, cfdata)                \
  INT_CFADDR= (vec_adr) & 0xF0;                         \
  INT_CFDATA_ARR[((vec_adr) & 0x0F) >> 1]= (cfdata)

//channel id 需要到xgate.cxgate文件向量列表中查找
//自定義向量名
#define RTI_VEC  0xF0 /* vector address= 2 * channel id */
#define MSCAN0_VEC  0xB2 /* vector address= 2 * channel id */
#define SCI2_VEC  0x8A /* vector address= 2 * channel id */
#define SCI0_VEC  0xD6

static void SetupXGATE(void) 
{   
    //初始化Xgate向量表模塊并將XGVBR 寄存器設(shè)置到初始地址
    XGVBR= (unsigned int)(void*__far)(XGATE_VectorTable - XGATE_VECTOR_OFFSET); 
    // RTI_VEC 為自定義中斷名 設(shè)置xgate中斷以及中斷優(yōu)先級(jí) 
    ROUTE_INTERRUPT(RTI_VEC, 0x86); /* RQST=1 and PRIO=1 */                            //實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷
    ROUTE_INTERRUPT(MSCAN0_VEC, 0x81); /* RQST=1 and PRIO=1 */                         //CAN接收中斷
    ROUTE_INTERRUPT(SCI2_VEC, 0x84); /* RQST=1 and PRIO=1 */
    ROUTE_INTERRUPT(SCI0_VEC, 0x83); /* RQST=1 and PRIO=1 */
    XGMCTL= 0xFBC1; /* XGE | XGFRZ | XGIE */
}

• xgate.cxgate中實(shí)現(xiàn)中斷函數(shù)你雌，同時(shí)修改中斷向量表vectorTable

interrupt void SCI2_Handler(void){
}

const XGATE_TableEntry XGATE_VectorTable[] ={
...
{(XGATE_Function)SCI2_Handler},  // Channel 45 - SCI2 
...
}

5 CAN總線

5.1 什么是CAN總線：controller Area Network

• can總線是一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議器联，特點(diǎn)包括：多主機(jī)方式工作，任意節(jié)點(diǎn)可以在任意時(shí)刻主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息婿崭；串行拨拓，同步，半雙工氓栈，CRC
  節(jié)點(diǎn)信息分成不同的優(yōu)先級(jí)：仲裁總線結(jié)構(gòu)機(jī)制渣磷，節(jié)點(diǎn)同時(shí)傳送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止數(shù)據(jù)發(fā)送授瘦，優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)不受影響繼續(xù)傳送數(shù)據(jù)醋界。

• CAN總線系統(tǒng)：由多個(gè)電子控制單元EMU同時(shí)控制多個(gè)工作裝置或系統(tǒng)，各控制單元ECU的共用信息通過總線互相傳遞提完。

• 傳輸速度快形纺；相關(guān)控制單元可共用傳感器；更少的線束徒欣，更小的控制單元逐样，節(jié)省了空間。

• CAN-BUS系統(tǒng)的組成：CAN收發(fā)器（控制器內(nèi)部打肝，接收和發(fā)送數(shù)據(jù)）脂新，數(shù)據(jù)傳輸終端，數(shù)據(jù)傳輸線（雙向數(shù)據(jù)線）

• 參考：https://wenku.baidu.com/view/bab35fb765ce0508763213cf.html

5.2 CAN總線的特點(diǎn)

• Can總線是一種實(shí)時(shí)應(yīng)用的串行通信協(xié)議總線粗梭，可以使用雙絞線來傳輸信號(hào)戏羽，是應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。
• 實(shí)時(shí)性強(qiáng)楼吃，傳輸距離遠(yuǎn)，抗電磁干擾強(qiáng)妄讯，成本低孩锡，通信速度最高可達(dá)40M
• 雙線串行通信，檢錯(cuò)能力強(qiáng)
• 具有優(yōu)先權(quán)和仲裁功能亥贸，多個(gè)模塊通過can控制器掛在can-bus上躬窜，形成多主機(jī)局部網(wǎng)絡(luò)
• 根據(jù)報(bào)文ID決定接收或屏蔽報(bào)文
• 報(bào)文使用標(biāo)識(shí)符來指示功能信息，優(yōu)先級(jí)信息
• 短幀結(jié)構(gòu)炕置，出錯(cuò)時(shí)可自動(dòng)關(guān)閉節(jié)點(diǎn)

5.3 工作原理

• 當(dāng)CAN總線上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)(站)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)荣挨，它以報(bào)文形式廣播給網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)男韧。對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)來說，無論數(shù)據(jù)是否是發(fā)給自己的默垄，都對(duì)其進(jìn)行接收此虑。

• 每組報(bào)文開頭的11位字符為標(biāo)識(shí)符，定義了報(bào)文的優(yōu)先級(jí)口锭，這種報(bào)文格式稱為面向內(nèi)容的編址方案朦前。標(biāo)識(shí)符在網(wǎng)絡(luò)中是唯一的，描述了數(shù)據(jù)的特定含義鹃操，也決定報(bào)文優(yōu)先級(jí)（標(biāo)識(shí)符數(shù)值越小韭寸，優(yōu)先級(jí)越高）。注意：最高優(yōu)先級(jí)的報(bào)文獲得總線訪問權(quán)荆隘，低優(yōu)先級(jí)報(bào)文在下一個(gè)總線周期自動(dòng)重發(fā)恩伺。

• 當(dāng)一個(gè)站要向其它站發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，該站的CPU將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和自己的標(biāo)識(shí)符傳送給本站的CAN芯片椰拒，并處于準(zhǔn)備狀態(tài)晶渠；當(dāng)它收到總線分配時(shí)，轉(zhuǎn)為發(fā)送報(bào)文狀態(tài)耸三。CAN芯片將數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議組織成一定的報(bào)文格式發(fā)出乱陡，這時(shí)網(wǎng)上的其它站處于接收狀態(tài)。每個(gè)處于接收狀態(tài)的站對(duì)接收到的報(bào)文進(jìn)行檢測(cè)仪壮，判斷這些報(bào)文是否是發(fā)給自己的憨颠，以確定是否接收它。

• CAN 總線組成：

  1. 傳輸線：雙絞線积锅，兩條導(dǎo)線為CAN-High和CAN-Low線爽彤，減少干擾，差分電壓傳輸缚陷，信號(hào) = CAN_H - CAN_L
  2. 數(shù)據(jù)傳輸終端：傳輸線的兩頭适篙，兩個(gè)終端電阻
  3. 分支線：連接主機(jī)或者通信結(jié)點(diǎn)的分支線，不能太長(zhǎng)箫爷，不超過6m
  4. CAN控制器和CAN收發(fā)器

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• CAN 總線幀結(jié)構(gòu)：

  
  
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