軟硬件設(shè)計 - 建立在代碼生成基礎(chǔ)上的車身網(wǎng)絡(luò)電控系統(tǒng)設(shè)計

　　2 軟硬件設(shè)計

　　為了方便調(diào)試及驗證生成代碼的有效性，本設(shè)計搭建以CAN總線為主干、LIN總線為下層網(wǎng)絡(luò)的車身網(wǎng)絡(luò)演示實驗臺。

　　2．1 硬件拓撲

　　根據(jù)車身電器的功能和位置，實驗臺拓撲布局如圖1所示。其中，粗實線為CAN總線及其節(jié)點，細實線為UN總線及其節(jié)點。主干CAN總線上共有8個節(jié)點，既是下層LIN網(wǎng)絡(luò)上的主機節(jié)點，又是CAN／LIN網(wǎng)關(guān)。其中，數(shù)據(jù)采集節(jié)點使用USBCAN卡搭建，其余網(wǎng)關(guān)節(jié)點使用 Freescale公司16位單片機MC9S12XSl28作為主控芯片。

　　MC9S12XSl28同時具有CAN網(wǎng)絡(luò)控制器（MSCAN模塊）和LIN網(wǎng)絡(luò)控制器（SCI模塊），故只需再連接相應(yīng)的CAN網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器 TJAl050和LIN網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器TJAl020即可完成CAN／LIN網(wǎng)關(guān)節(jié)點的硬件設(shè)計。CAN／LIN網(wǎng)關(guān)節(jié)點功能框圖如圖2所示。

　　LIN從機節(jié)點使用Freescale公司8位單片機MC9S08DZ60作為主控芯片，使用其SCI模塊連接LIN網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器TJAl020，再連接其他外圍執(zhí)行器組成。LIN從機節(jié)點功能框圖如圖3所示。

　　2．2 軟件建模

　　目前，大多數(shù)單片機所支持的軟件編譯器均以C語言為主，而在C語言中沒有類及繼承等相關(guān)概念，同時出于可移植性的考慮，軟件模型采用分層思想。將整個設(shè)計的軟件結(jié)構(gòu)分為4層：第0層為類型定義及中斷服務(wù)程序返回值的宏定義，第1層為單片機及其內(nèi)部功能模塊類的抽象，第2層為外圍硬件類的抽象，第3層為車身網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點類的抽象。上層的類通過調(diào)用下層類提供的函數(shù)實現(xiàn)特定功能，各層的依賴關(guān)系如圖4所示。其中，虛線表示調(diào)用關(guān)系。下面具體介紹第1～3層的建模方法。

　　2．2．1 第1層一單片機及其內(nèi)部功能模塊類的抽象

　　第1層的函數(shù)功能通過對單片機寄存器的讀寫實現(xiàn)，故使用類的成員函數(shù)，將寄存器的讀寫代碼直接寫在成員函數(shù)Behavior屬性的Ini-tial框中。如使能S12中的MSCAN模塊的代碼如下：

　　CANCTL1（MSCANx）|=CANCTlLl_CANE_MASK；

　　其中的CANCTL1是為了便于對多個MSCAN模塊做統(tǒng)一處理，以及便于選擇使用某個特定模塊而手動編寫的函數(shù)宏。在使用時只需將MSCANx賦值為相應(yīng)的整數(shù)值（對于MC9S12XSl28，可以是O～4）。

　　2．2．2 第2層一外圍硬件類的抽象

　　第2層需要調(diào)用第1層類的操作，這可以通過活動圖實現(xiàn)。在活動圖中，新建一個Action，根據(jù)需要選擇CallOperation（調(diào)用成員函數(shù)）或Call Behavior（調(diào)用活動圖的行為），再指定具體調(diào)用哪個成員函數(shù)或行為即可（調(diào)用的參數(shù)通過Action的Arguments屬性傳遞）。最后，將各個Action按照程序流程連接起來。

　　這里，使用CAN協(xié)議（上層協(xié)議使用J1939）發(fā)送一個數(shù)據(jù)幀（活動圖略——編者注）。為了能夠?qū)崿F(xiàn)行為圖（包括活動圖）的代碼生成，必須將所有的行為圖及其元素都放在某個類中。活動圖經(jīng)過轉(zhuǎn)換后生成的代碼如下所示：

　　2．2．3 第3層一車身網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點類的抽象

　　除了同樣需要調(diào)用第1層、第2層類的操作之外，第3層還需要對中斷服務(wù)程序（ISR）進行建模。ISR的建模涉及兩個問題：ISR的返回值和ISR的定位。

　?。?）ISR的返回值問題。CodeWarrior支持兩種ISR的聲明方式。一種是使用預(yù)編譯指令pragma定義一個TRAP_PROC符號，TRAP_PROC會提示編譯器下面的函數(shù)是ISR，編譯器會使用一個特殊的中斷返回指令來結(jié)束這個函數(shù)（一般是RTI指令）。此方法需要同時修改 CodeWarrior工程中的PRM文件，將ISR與中斷向量表中的向量聯(lián)系起來，不便于使用UML建模。

　　另一種是使用與C51類似的interrupt關(guān)鍵字，并指定相應(yīng)的中斷向量號，這樣就同時完成了ISR的聲明和與中斷向量表的關(guān)聯(lián)。在EA中修改類的代碼生成模板，添加一個衍型（stereotype）并命名為define，并添加相應(yīng)的模板代碼。其核心部分代碼如下：

　　修改完成后，在建模過程中只需將類的衍型設(shè)置為define，將類名設(shè)置為新定義的符號，類的父類設(shè)置為原符號即可。以CANO模塊的接收中斷的返回值為例，可將類名設(shè)置為ISR_CAN0_RX，將父類設(shè)置為interrupt 38void（此父類并不存在）。最后生成的代碼如下：

　　#define ISR_CAN0_RX interrupt 38 void

　　然后將ISR的返回值指定為ISR_CANO_RX即可。

　　（2）ISR的定位問題。中斷服務(wù)程序的聲明和定義都必須定位于non-banked區(qū)域，通過使用“#pragma CODE_SEG NON_BANKED”實現(xiàn)。同時，中斷服務(wù)程序末尾需要添加“#pragma CODE_SEG DEFAULT”，否則后面的函數(shù)也會被定位在non-banked區(qū)域而導(dǎo)致錯誤。因此，中斷服務(wù)程序必須被“#pragma CODE_SEG NON_BANKED”和“#pragma CODE_SEG DEFAULT”包圍起來。這也可通過修改代碼生成模板實現(xiàn)。結(jié)合ISR返回值的宏定義，只需在當(dāng)函數(shù)返回值的前3個字符是“ISR”時，在函數(shù)前后輸出上述兩條pragma預(yù)編譯指令即可。生成ISR聲明的代碼生成模板的核心部分如下：

　　仍以上述CAN0模塊的接收中斷為例，最終生成的函數(shù)聲明如下；