引言：基于ARM微處理器和µC/OS-Ⅱ開發(fā)的嵌入式防抱死制動系統(tǒng)具有實(shí)時性好，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輛的制動性能。 一 S3C44B0X微處理器和µC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)的結(jié)合是我們開發(fā)的基礎(chǔ)。 1、微處理器：一個成功的汽車電子控制單元，取決于設(shè)計時對所用微處理器的選擇?，F(xiàn)代發(fā)動機(jī)和自動變速箱的電子控制單元一般需要采用32位的CPU來處理實(shí)時算法。而在汽車的底盤、安全和車身系統(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，底盤控制器在其大部分工作時間內(nèi)，要對傳感器進(jìn)行掃描，而CPU又必須時時刻刻能夠提供相應(yīng)的處理能力，能在僅僅幾個毫秒的時間內(nèi)完成整個判定程序，并起動應(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)得到了高性價比的驗(yàn)證。據(jù)悉，在上海浦東張江已經(jīng)有某家汽車產(chǎn)品開發(fā)公司在使用該微處理器開發(fā)汽車相關(guān)控制方面的產(chǎn)品。 2、編程語言：在過去，軟件工程師們開發(fā)基于8位處理器和16位處理器汽車電控單元時，大多采用匯編語言來編制程序。而當(dāng)今隨著開發(fā)周期的縮短和軟件復(fù)雜性的提高，使得設(shè)計師們不得不采用PLM，C語言等高級語言，總的看來，汽車嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)中，軟件的趨勢是向C語言發(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語言編寫的 3、操作系統(tǒng)：控制器設(shè)計師必須分析控制性能對操作系統(tǒng)的要求。隨著嵌入式系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加，汽車工業(yè)將采用實(shí)時操作系統(tǒng)RTOS和更復(fù)雜的軟件開發(fā)工具。高度綜合的娛樂、話音識別和路況引導(dǎo)系統(tǒng)，早已用實(shí)時軟件處理來自用戶和通信信息源的異步輸入。但是，汽車嵌套系統(tǒng)的設(shè)計師們還是抱怨，對于容量大而存儲器少的車輛控制系統(tǒng)，商用的RTOS還是太大，功能也過多。為了解決這些抱怨，歐洲汽車制造商們規(guī)定OSEK標(biāo)準(zhǔn)為汽車嵌套控制器開發(fā)的公共平臺的應(yīng)用編程接口。（OSEK的名稱來源于德國的一種叫法：“車內(nèi)電子設(shè)備的開放系統(tǒng)和接口 ”）。一種免費(fèi)的源代碼公開的實(shí)時操作系統(tǒng)µC/OS-Ⅱ于上世紀(jì)90年代初應(yīng)運(yùn)而生，國外界內(nèi)專業(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，國內(nèi)同行較多在Motorola芯片上成功使用了該操作系統(tǒng)，越來越多的用戶已經(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)用的源代碼公開的操作系統(tǒng)來開發(fā)我們的電控單元。 二 防抱死制動系統(tǒng)的控制原理 一般的，防抱死制動系統(tǒng)就是在每一個車輪上車輪轉(zhuǎn)速傳感器，用以測量轉(zhuǎn)速。這些傳感器將車輪轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞斎腚娍貑卧?，而在每一個車輪附近都安裝有開關(guān)電磁閥，電控單元根據(jù)轉(zhuǎn)速信號計算車輪和車輛本身的運(yùn)動狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)車輪制動趨于抱死時，就向這些或常開或常閉型的電磁閥發(fā)出電信號，以執(zhí)行開或關(guān)的動作，使得一部分制動液從制動輪缸中流出，從而減小輪缸的制動壓力，即減壓；在制動壓力減小到一定程度時，車輪抱死趨勢消除，就保持制動輪缸的制動壓力，即保壓；當(dāng)車輪在慣性作用下又加速到一定程度時，在增大制動輪缸的制動壓力，即增壓；當(dāng)車輪又被制動到趨于抱死的狀態(tài)時，再執(zhí)行減壓過程，如此往復(fù)循環(huán)，確保車輪在制動過程中得到最大的路面附著力，最短的制動距離，避免了抱死現(xiàn)象的發(fā)生。下面是某車型防抱死制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分布圖（圖一）： 三 硬件設(shè)計 ABS 的硬件原理圖見圖二 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DMA通道，5個PWM定時器及1個內(nèi)部定時器，8個外部中斷源，8個10位的ADC，71個通用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總線接口，I2C總線接口，同步串行I/O口。 2、ROM電路：采用AM29F010-120/BUA(32)型DIP－32封裝的Flash，既可以滿足ABS數(shù)據(jù)容量的需要，又可以為后續(xù)設(shè)計擴(kuò)容。見圖三： 圖三 擴(kuò)展ROM電路 3、UART電路，S3C44B0X有2個帶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的雙向握手；每一個通道有2個內(nèi)部32位FIFO。 4、電磁閥（12V）驅(qū)動電路，電機(jī)（12V）驅(qū)動電路 用最新AG4的ECU電磁閥專用驅(qū)動芯片。 四 軟件設(shè)計：軟件設(shè)計是整個ABS電控單元設(shè)計的核心。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，將每一模塊當(dāng)作一獨(dú)立的任務(wù)來管理。 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力，同時通過調(diào)整產(chǎn)生符合要求的側(cè)傾力以保持車輛的操縱穩(wěn)定性。這些信息要靠制動及回轉(zhuǎn)時對附著系數(shù)－滑移率（µ－s）曲線和車輛行駛狀態(tài)的假定來獲得?？刂埔?guī)則是要對車輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)而不是制動壓力，它解決了車輪制動壓力到底要減少多少這個問題。如果車輪減速太快，那么就意味著制動壓力的減少；而又因?yàn)橹苿訅毫Φ臏p少，車輪又會加速，那么相應(yīng)的制動壓力又會增長。壓力的增加要逐步進(jìn)行，以減少車輪運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)中瞬時現(xiàn)象的影響，而如果減速度很大的話，就可以快速減少制動壓力。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的過程：要在ARM7的Boot模式下把程序裝入AM29F010，此時該Flash的地址為0x70000000，CS0是其片選信號。ARM內(nèi)部有個128B的ROM，存放初始化ARM內(nèi)部COM口的程序，還有一個2K的SRAM。采用Boot模式啟動ARM后，初始化程序即對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，然后就可以通過該COM口接受µC/OS-Ⅱ到DRAM了，完成了這些過程，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，并重新啟動系統(tǒng)，改變模式后的Flash地址變?yōu)?x00000000，重新啟動后的系統(tǒng)會自動跳到該地址開始運(yùn)行µC/OS-Ⅱ。 2） 用typedef聲明10個數(shù)據(jù)類型（OS_CPU.H），并用＃define聲明三個宏： ＃define OS_ENTER_CRITICAL（） ARMDisableInt（） ＃define OS_EXIT_CRITICAL（） ARMEnableInt（） ＃define OS_STK_GROUTH 1 以C語言編寫6個與µC/OS-Ⅱ相關(guān)的函數(shù)。包括OSTaskStkInit（），OSTaskCreateHook（），OSTaskSwHook（），OSTaskStatHook（），OSTimeTickHook（）； 3) 用匯編語言編寫4個和S3C44B0X相關(guān)的函數(shù)。包括OSStartHighRdy（），OSCtxSw（），OSIntCtxSw（），OSTickISR（）； 五 總結(jié) 本文從實(shí)時性的角度描述了采用S3C44B0X微處理器和µC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)開發(fā)防抱死控制器的基本過程。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)的簡易性。真正的嵌入式系統(tǒng)，將在汽車電子控制單元的開發(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——源碼公開的實(shí)時嵌入式操作系統(tǒng) Jean J.Labrosse 著 邵貝貝 譯 中國電力出版社 2001年8月第一版 4. 2001年嵌入式系統(tǒng)及單片機(jī)國際學(xué)術(shù)交流會論文集 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. S3C44B0X RISC MICROPROCESSOR 用戶手冊 英文版 6. 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)例開發(fā)——基于ARM微處理器與µC/OS-Ⅱ?qū)崟r操作系統(tǒng) 王田苗 主編 清華大學(xué)出版社2002年9月第一版 7. 汽車?yán)碚?余志生 主編 機(jī)械工業(yè)出版社 8. 其它網(wǎng)絡(luò)資料