对于生成的源代码可对其手动添加需要的ISR,或者整合一些成熟的C算法代码,然后在Keil环境下进行编译,生成嵌入式可执行文件。下面将model.mdl看作应用程序来讨论。嵌入式应用程序主要完成两类任务,周期性任务和事件驱动型任务。后者通常以ISR处理。
为了使Simulink模型能在RTOS中执行,必须将其划分成不同的任务。Targetlink中的任务划分如图3所示。TargetLink有两种划分方式,默认方式和自定义方式。默认方式下,TargetLink将模型中所有周期性的具有相同采样时间的子系统划归为独立任务,具有相同触发源的触发子系统结合在一起,要么和触发源一起归为同一任务,要么独立成为新的任务。自定义方式下,用户通过在子系统中添加特殊的“任务模块”(见图3中的“TaskA”、“Task B”、“Task C”)来任意地划分任务。
鉴于本开发是基于Matlab中针对OSEK/VDX的嵌入式对象模块,TargetLink中的任务划分方式不能被直接移植,因此采用函数调用子系统(function-callsubsystem)作为独立任务的标识,如图4中的Task A和Task B模块。同Simulink中其他离散模块一样,函数调用发生器有自己的采样时间,用以表明该子系统被执行的频度。模型中也会有一些其他模块不在函数调用子系统内,如图4中的定时模块,以便与任务模块相区分。图4中ISR的部分采用触发子系统,当触发条件满足时该子系统被执行。
3 软件运行环境的开发
3.1 OSEK顺应性开发
近来已有很多商业嵌入式操作系统符合OSEK规范,像Wind River的OSEKWorks、Elektrobit的Pro-OSEK,还有ETAS的RTA-OSEK。鉴于成本方面的考虑,采用内核源代码开放的μC/OS-II。
μC/0S-II和OSEK规范有许多共同点,比如都支持基于任务优先级的占先式调度,都有很好的可移植性和可裁剪性。但也存在不同之处,比如OSEK规范中的BCC2和ECC2顺应等级都支持同一优先级下的多个任务,而μC/OS-II仅支持同一优先级下一个任务;OSEK规范对互斥资源的访问采用最高优先级限度协议,而μC/0S-II采用互斥信号量机制。参考文献[6]在基于μC/OS-II的OSEK顺应性移植方面进行了实际的开发。本文采用修改过的μC/OS-II作为OSEK的一个操作系统实例,来讨论模型的定时机制。
3.2 定时机制
Matlab/Simulink环境下RTw Embedded Coder默认采用多速率、多任务求解器来处理多采样时间的模型。在生成的model.c文件中,有函数rate_monotonic_sehed-uler()。该函数用于维护调度计数器,处理模型中不同采样时间模块的运行顺序。它实际上就是操作系统中经常提到的单调执行率调度法(RMS)。
μC/OS-II中函数OSTickISR()提供时间基准服务,用于判断任务等待以及超时。这个中断服务程序通常由硬件计时器驱动,中断频率在10~100 Hz。在函数0S-TickISR()中调用了OSTimeTick()用于处理任务等待。
函数OSTicklSR()的代码见代码段1:
OSTicklSR PROC INTERRUPT UCOS_OSTicklSR=Ox22
为了将两者的定时策略相结合,可进行两处修改。第一,在μc/OS-II中保留函数OSTickISR(),但是中断频率不是如代码段1中所示的10 ms那样的固定值,而对不同的应用程序采用浮动的中断频率。这里取model.mdl中所有采样时间的最大公约数作为模型的时间基准。这样可以最大限度地减小系统因周期性的时钟中断OS—TickISR()而造成的资源开销。第二,创建一个新任务HighstPrioTask()。该任务具有最高的优先级,即任务控制块TCB中OSTCBPrio=0,这样在每次产生任务调度时都能确保该任务获得CPU使用权。该任务可理解为在图4中的任务子系统和定时模块之上的高一级的调度任务。其伪代码见代码段2(Pseudocode of added task High-
3.3 创建自定义驱动模块
图1中软件运行环境的自定义开发可以分为两部分,一部分是实时操作系统的API驱动库的自定义开发,另一部分是XCl64系列单片机的设备驱动模块开发。两者都可利用参考文献[4]中提及的“自定义设备驱动”来描述。在“自定义设备驱动”的开发中,开发者通过Matlab提供的S一函数机制,为每个模块需要手动编写两个源文件,即block.c和block.tlc。其中block.c负责在仿真阶段进行模块初始化及模块输出的计算,同时在代码生成阶段通过函数mdlRTW为model.rtw传递所需的参数。文件block.C中出现的主要函数有: