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1、 工学硕士学位论文 uC/OS-II 面向汽车车身 CAN/LIN 网关 的研究与实现 王超 哈尔滨工业大学 2007 年 7 月 国内图书分类号：TP316.2 国际图书分类号：004.3 工学硕士学位论文 uC/OS-II 面向汽车车身 CAN/LIN 网关 的研究与实现 硕 士 研 究 生： 王超 导 师： 崔刚教授 申 请 学 位： 工学硕士 学 科 、 专 业： 计算机科学与技术 所 在 单 位： 计算机科学与技术学院 答 辩 日 期： 2007 年 7 月 授予学位单位： 哈尔滨工业大学 Classified Index：TP316.2 U.D.C.: 004.3 Disserta
2、tion for the Master Degree in Engineering DESIGN OF UC/OS-II FOR A CAN/LIN GATEWAY IN AUTOMATIVE MIXING BODY NETWORK Candidate： Wang chao Supervisor： Prof. Cui gang Academic Degree Applied for： Master of Engineering Specialty： Computer Science and Technology Affiliation： School of Computer Science a
3、nd TechnologyDate of Defence ： July, 2007 Degree-Conferring-Institution ：Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 摘摘 要要 随着汽车电子的迅速发展, 车内的电子控制系统由传统的集中式控制逐渐被分布式控制所取代。CAN( Control Area Network) 以其高可靠性、无破坏仲裁、多主等优越特性, 成为了车内控制网络的首要选择。由于CAN 的实现成本相对较高, 在一些不需要CAN 高速传输速率的场合, LIN ( Local Interconnect Netw
4、ork)提供了低廉有效的解决方案。由于车内CAN、LIN 两个网络同时存在, 为了构建一个完整透明的控制网络, 就需要一个工作在CAN、LIN 之间的网络设备, 实现二者之间的协议转换,本文运用虚拟CAN 节点的设计思想, 实现了混合网络一致、透明的数据通讯。 针对汽车车身控制的强实时要求，根据实时操作系统uC/OS-II的中断延时可预知性，提出了基于实时操作系统的CAN/LIN网关的设计，详细地给出了该网关硬件、软件的实现方法。针对网关节点在垂直网络中的特殊地位，其协议转换导致的延时容易造成消息丢弃的现象，本应用构造了消息缓冲队列结构。降低了系统消息丢包率。 嵌入式实时计算技术广泛应用于航空
5、航天、交通运输、核电能源和医疗卫生等诸多安全关键系统(safety - critical system ,SCS) 中。由于这些SCS 的功能一旦失效将引起生命、财产的重大损失或使环境遭受严重破坏,因而这类系统的防危性( Safety ,防止危险发生) 日益受到普遍关注。 在 SCS 中,实时操作系统是唯一紧靠硬件的系统软件,其本身的可靠性是其它软件及整个计算机系统防危职能的根基。本文详细讨论了实时操作系统uC/OS-II 的移植过程。同时，描述了基于时间窗口的关键度这一数学模型，成功将多关键度任务调度算法引入本系统，使得系统在过载时，仍能保证高关键任务优先调度的情况下让尽可能多的次关键或非关
6、键任务得到执行。 对嵌入式系统片内 RAM 资源紧张这一普遍问题，本文深入分析了 RAM资源占用的因素，进一步提出了任务栈和中断栈分开的方法，显著地降低了任务的 RAM 占用率，一定程度上缓解了 RAM 资源的使用。 - I- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 最后，本文对系统性能进行了测试和评估。 关键词关键词 安全关键系统；网关；关键度；实时操作系统；可靠性 - II- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 Abstract With the development of automotive electronic, the distributed body control systems get
7、 control instead of the centralized system step by step. CAN (Control Area Network),which has superiority in dependability、unabroken arbitrage and multi-host etc, becomes the best choice in the body control network. Due to the higher cost CAN, in the situation where we do not need the high speed tra
8、nsmission, LIN( Local Interconnect Network) can provide the solution instead. As a result of CAN、LIN synchronously existing, the idea of virtual CAN node is used on the Gateway of CAN/LIN to get the consentaneous communication. To meet the need of strictly real time required by automotive body contr
9、ol systems, a design of CAN/LIN Gateway based on real-time system is put forward, and the particular hardware gateway; criticality; real-time operating system; dependability - IV- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 目目 录录 摘 要.I Abstract.III 第 1 章 绪论.1 1.1 课题来源.1 1.1.1 CAN/LIN总线技术特点和应用.1 1.1.2 CAN/LIN 网关的应用需求.4 1.2 国内外发展概况.4 1.2.1 国内发展概况.4 1.2.2 国外发展概况.5 1.3 本章小结.7 第 2 章 嵌入式实时操作系统概况.8 2.1 实时操作系统概念.8 2.2 实时操作系统的特点.8 2.3 当前的嵌入式实时操作系统.9 2.4 本章小结.10 第 3 章 CAN/LIN网关的设计与实现.12 3.1 硬件平台.12 3.2 基本API .13 3.3 缓冲队列的实现.14 3.4 错误检测.16 3.4.1 CAN物理层故障检测 .16 3.4.2 CAN数据链路层检测 .
