【正文】 不用太復(fù)雜的協(xié)議。2. 所有節(jié)點(diǎn)基本上都由用戶自行設(shè)計(jì)，不需要與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備進(jìn)行接口。3. 為了保密，防止其他廠商對(duì)產(chǎn)品的抄襲。4. 應(yīng)用環(huán)境特殊，性能要求特殊，不同于常見的CAN總線網(wǎng)絡(luò)。如果是自定義 CAN 總線的應(yīng)用層協(xié)議，為了產(chǎn)品性能的保證，要遵循以下一些基本原則和設(shè)計(jì)要點(diǎn)[10]：22華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文（1）消息 ID 分配CAN總線協(xié)議并沒有規(guī)定消息ID的分配原則，用戶可以根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合制定不同的ID分配策略。CAN的消息ID是幀的唯一標(biāo)志，同時(shí)也標(biāo)志了消息優(yōu)先權(quán)。因此在設(shè)計(jì)基于CAN的通信系統(tǒng)時(shí)，消息ID分配的設(shè)計(jì)方案是最重要的，這也是CAN高層協(xié)議的主要內(nèi)容之一。消息分配機(jī)制同時(shí)也影響消息過濾、通信結(jié)構(gòu)以及ID的利用率。（2）過程數(shù)據(jù)交換CAN設(shè)備間的過程數(shù)據(jù)的高效傳輸是基于CAN總線的分布式系統(tǒng)通信的主要任務(wù)。通常采用生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型，數(shù)據(jù)的含義由相應(yīng)的ID說明，消息的生產(chǎn)者和相應(yīng)的消費(fèi)者應(yīng)該知道數(shù)據(jù)的含義。（3）對(duì)等通信通道對(duì)CAN設(shè)備進(jìn)行設(shè)置時(shí)，需要特定的函數(shù)或程序完成多用途通信通道的建立。這種通信通道對(duì)實(shí)時(shí)性要求不是很高，用來在兩臺(tái)設(shè)備(如設(shè)置工具和待設(shè)置的設(shè)備)間建立連接，數(shù)據(jù)的傳輸需要用應(yīng)答分段協(xié)議來完成。所有支持一定設(shè)備設(shè)置功能的應(yīng)用層都提供對(duì)等通信通道。（4）過程數(shù)據(jù)消息連接的建立在CAN網(wǎng)絡(luò)中通過對(duì)發(fā)送消息(消息生產(chǎn)者提供)和接收消息(消息消費(fèi)者提供)分配1D進(jìn)行通道建立，可以對(duì)己經(jīng)分配ID的消息進(jìn)行預(yù)定義，也可以動(dòng)態(tài)分配ID。在消息預(yù)定義的系統(tǒng)中消息的ID及其含義是事先設(shè)定好的。（5）網(wǎng)絡(luò)管理分布式應(yīng)用中網(wǎng)絡(luò)管理的任務(wù)主要是網(wǎng)絡(luò)中故障檢測(cè)和指示以及用來控制分布式節(jié)點(diǎn)通信狀態(tài)的相關(guān)服務(wù)，根據(jù)解決方案的不同，可以是獨(dú)立的管理模塊也可以隱含在其它功能模塊中提供。（6）設(shè)備模型及設(shè)備框架說明(profiles)對(duì)于協(xié)議開放式系統(tǒng)，除了通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化外，還要求同類設(shè)備的互操作性和互換性，因此基于CAN開放系統(tǒng)的高層協(xié)議(如DeviceNet, SDS和CANopen)都用設(shè)備模型的形式對(duì)設(shè)備功能進(jìn)行了描述。為了提高同類設(shè)備的互換性，通過設(shè)備框架對(duì)工業(yè)自動(dòng)化中一些主要的設(shè)備類別進(jìn)行說明，這就保證了不同制造商的產(chǎn)品都具有同樣的一些基本的行為和屬性。除了設(shè)備的功能性描述外，設(shè)備模型還要提供設(shè)備類型、版本號(hào)、狀態(tài)、診斷信息、通信工具以及參數(shù)設(shè)置等的說明[10]。23華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文3 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 樓層顯示盤在火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中的位置在火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)中，中央火警控制器通過 CAN 總線和各個(gè)單元進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊并完成各項(xiàng)控制和報(bào)警功能。單元是火災(zāi)探測(cè)器、手動(dòng)報(bào)警按鈕、輸入輸出模塊、樓層顯示盤等設(shè)備的總稱。它們是系統(tǒng)的終端設(shè)備，直接探測(cè)火災(zāi)信號(hào)，并通過通道上報(bào)給控制器，同時(shí)接收由各種通道轉(zhuǎn)發(fā)控制器給單元的聯(lián)動(dòng)信息（啟動(dòng)終端輸入輸出模塊控制的滅火裝置）、顯示信息（樓層顯示盤顯示火災(zāi)信息）等。通道是回路模塊、轉(zhuǎn)接模塊、專線控制盤和總線控制盤等設(shè)備的總稱。它們本身既不能探測(cè)火災(zāi)信號(hào)、啟動(dòng)滅火設(shè)備，也不能綜合所有信息進(jìn)行人機(jī)交互。但它們是控制設(shè)備和終端設(shè)備的通道，是拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的中繼設(shè)備。缺少了它們控制器就無法控制海量的終端設(shè)備?；馂?zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和樓層顯示盤在系統(tǒng)的中的位置如圖31 所示[10]。圖 31火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及樓層顯示盤所在位置顯示 樓層顯示盤設(shè)計(jì)功能和要求本文設(shè)計(jì)的火災(zāi)樓層顯示盤要求完成的功能是：1．技術(shù)功能上滿足火災(zāi)樓層顯示盤的國家標(biāo)準(zhǔn)――《火災(zāi)樓層顯示盤通用技術(shù)24華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文條件 GB174291998》,能接收來自火災(zāi)報(bào)警控制器的火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)，指示火災(zāi)發(fā)生部位，并予以保持；光報(bào)警信號(hào)在火災(zāi)報(bào)警控制器復(fù)位之前不能手動(dòng)消除，聲報(bào)警信號(hào)應(yīng)能手動(dòng)消除，并有消音指示，但再次有火災(zāi)報(bào)警信號(hào)輸入時(shí)，應(yīng)能再啟動(dòng)?；馂?zāi)顯示盤應(yīng)能對(duì)面板上的所有指示燈，顯示盤和音響器件進(jìn)行功能檢查。操作功能根據(jù)操作人員的不同劃分級(jí)別。對(duì)接收火災(zāi)報(bào)警信號(hào)的輸入信號(hào)延時(shí)不超過 3 秒[19]。2．火災(zāi)樓層顯示盤通過 CAN 總線和火災(zāi)報(bào)警控制器相連。3．火災(zāi)樓層顯示盤應(yīng)能存儲(chǔ)多于 16 回路255 條=4096 條漢字地址信息，這些漢字地址信息能在線下載到火災(zāi)樓層顯示盤中，方便現(xiàn)場(chǎng)修改調(diào)試。4．火災(zāi)樓層顯示盤軟件用 C 語言編寫，并移植一個(gè)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。5．滿足國標(biāo)要求的各項(xiàng)機(jī)械，電氣和電磁兼容性要求。 系統(tǒng)硬件方案選擇與設(shè)計(jì)目前，國內(nèi)現(xiàn)有的火災(zāi)樓層顯示盤大都以 51 系列單片機(jī)作為 MCU。因?yàn)?51 系列單片機(jī) ROM 尋址空間所限，無法存儲(chǔ)完整的國標(biāo)漢字庫?；馂?zāi)樓層顯示盤大都只能顯示火警所在的樓層號(hào)和地址號(hào)，無法以詳細(xì)直觀的漢字地址信息來提示情況各異的具體火警地點(diǎn)。如果將漢字地址信息通過火警系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線分發(fā)到各個(gè)樓層顯示盤，巨大的漢字地址信息通訊又會(huì)給火警系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線帶來沉重的負(fù)荷，導(dǎo)致整個(gè)火警系統(tǒng)效率低下，延誤火警上報(bào)時(shí)機(jī)。我們提出的 CAN 總線漢字火災(zāi)樓層顯示盤，利用大容量 Flash 分頁存儲(chǔ)所有的漢字地址信息，分析 CAN 總線上接收到的火警信息，根據(jù)樓層號(hào)和地址號(hào)，查表找出對(duì)應(yīng)的漢字信息并在漢字液晶上顯示，較好的解決了現(xiàn)有火災(zāi)樓層顯示盤的固有缺陷。而且，大容量 Flash 中的漢字信息可以通過串口在線擦寫，便于工程現(xiàn)場(chǎng)修改與調(diào)試，使用十分方便。如圖 32 所示，漢字火災(zāi)樓層顯示盤主要包括單片機(jī)及其外圍電路，CAN 總線通訊模塊，大容量 Flash 存儲(chǔ)器，漢字液晶顯示模塊，UART 接口模塊，以及燈和按鍵，蜂鳴器。單片機(jī)可通過 UART 串口接收 PC 上傳下來的漢字信息，存儲(chǔ)到大容量 Flash 存儲(chǔ)器 29SF040 中，作為地址信息的查詢數(shù)據(jù)庫。單片機(jī)通過 CAN 控制器MCP2510 和 CAN 總線驅(qū)動(dòng)器 PCA82C250 組成的 CAN 通信模塊和火災(zāi)報(bào)警控制器進(jìn)行 CAN 總線通信，接收火警信息和其他查詢信息，并回復(fù)登記信息等。如果有火警發(fā)生，單片機(jī)將會(huì)把火警信息記入 Flash 存儲(chǔ)器，查詢 Flash 得到火警發(fā)生的漢字25華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文地址信息，并在漢字液晶模塊上滾動(dòng)顯示火警和信息查詢結(jié)果。同時(shí)，發(fā)生火警時(shí)還可通過查詢鍵快速查詢火警信息，通過蜂鳴器報(bào)警，通過消音鍵消音，并點(diǎn)亮發(fā)光二極管報(bào)警。未發(fā)生火警時(shí)，也可通過自檢鍵自檢，以檢查各個(gè)功能是否能正常工作。電源蜂鳴器消音燈火警燈漢字液晶模塊單片機(jī)UART串口Flash存儲(chǔ)器29SF040消音鍵自檢鍵查詢鍵CAN控制器MCP2510CAN總線驅(qū)動(dòng)器PCA82C250圖 32漢字樓層顯示盤硬件結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)軟件方案選擇與設(shè)計(jì)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，往往要求開發(fā)者用最短的時(shí)間把產(chǎn)品開發(fā)出來，這樣往往導(dǎo)致產(chǎn)品的不穩(wěn)定和維護(hù)的困難。在保證性能的前提下提高開發(fā)的效率，降低維護(hù)程序的難度，一直是產(chǎn)品軟件開發(fā)的終極目的。因?yàn)?C 語言比匯編語言更加接近人的思維習(xí)慣，而且更加高效，所以在嵌入式開發(fā)中使用 C 語言開發(fā)產(chǎn)品的確會(huì)提高開發(fā)效率，也能提高產(chǎn)品的可維護(hù)性。但是僅僅依靠編程語言的提升是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，建立嵌入式的開發(fā)平臺(tái)才能夠事半功倍。嵌入式開發(fā)平臺(tái)需要作一些移植的工作，但是這些“額外”的開銷可以使開發(fā)更加容易，屏蔽一些硬件的相關(guān)性，甚至不同硬件平臺(tái)上的產(chǎn)品在 RTOS 的基礎(chǔ)上進(jìn)行移植也是輕而易舉的，這對(duì)于產(chǎn)品的升級(jí)換代有著極大的方便。26華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 樓層顯示盤 RTOS 的選擇由于成本所限，火災(zāi)樓層顯示盤不可能采用過于高檔的嵌入式處理器，目前基于 51 單片機(jī)的 RTOS 有三種可能的選擇：1．Keil C51 開發(fā)包中自帶的 RTX Full 和 RTX Tiny。2．移植到 8051 平臺(tái)的 181。C/OSⅡ。3．廣州周立功公司專門為 51 單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的 Small RTOS51。RTX51 是一個(gè)用于 8051 系列單片機(jī)的多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。Keil 公司提供了兩個(gè)不同的 RTX51 版本。其中 RTX51 Full 使用四個(gè)任務(wù)優(yōu)先級(jí)完成同時(shí)存在時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度和占先的任務(wù)切換。RTX51 工作在與中斷功能相似的狀態(tài)下，信號(hào)和信息可以通過郵箱系統(tǒng)在任務(wù)之間互相傳遞。我們可以從一個(gè)存儲(chǔ)池中分配和釋放內(nèi)存，可以強(qiáng)迫一個(gè)任務(wù)等待中斷、超時(shí)，或者從另一個(gè)任務(wù)或中斷發(fā)出信號(hào)，信息。而RTX51 Tiny 則是一個(gè) RTX51 的子集，可以很容易地在沒有任何外部存儲(chǔ)器的單片8051 系統(tǒng)上運(yùn)轉(zhuǎn)，但它僅支持時(shí)間片輪轉(zhuǎn)任務(wù)切換和使用信號(hào)進(jìn)行任務(wù)切換（即非搶占式的），不支持搶占式的任務(wù)切換，不包括消息隊(duì)列，沒有存儲(chǔ)器池分配程序[20][21]181。C/OSⅡ是著名的源碼公開的實(shí)時(shí)內(nèi)核，可用于各類 8 位，16 位到 32 位單片機(jī)或 DSP，以及嵌入式處理器。從 181。C/OS 算起，該內(nèi)核已經(jīng)有十幾年的應(yīng)用史，并在諸多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。181。C/OSⅡ是一個(gè)完整的，可移植，可固化和可剪裁的占先式實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核。181。C/OSⅡ是用 ANSI C 語言編寫的，包括一小部分匯編代碼，使之可以方便的供不同架構(gòu)的微處理器使用。至今，從 8 位到 64 位，181。C/OSⅡ已在超過 40 種不同架構(gòu)的微處理器上成功運(yùn)行[12]。8051 系列單片機(jī)一般只有很少的 ROM 和 RAM 資源，如 P89S52 只有 8KB Flash和 256 字節(jié)的 RAM。但是 RTX51 Full 自身代碼有 6K 多字節(jié)，且需要大量的外部RAM,并且 Keil 公司并未公開其源代碼，既不實(shí)用又不利于學(xué)習(xí)。RTX51 Tiny 雖然小(自身僅占用 900 多字節(jié)的 ROM),但是任務(wù)沒有優(yōu)先級(jí)和中斷管理，也沒有源代碼，實(shí)用性也不強(qiáng)（目前 Keil 公司已將其 RTX51 Tiny 的匯編源碼提供給其正版用戶），不利于學(xué)習(xí)。181。C/OSⅡ的好處是其源碼公開，也有相當(dāng)多的移植成功示范，書籍也比較多和全，利于學(xué)習(xí)。但它本身并不是為 51 單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的，規(guī)模太大，且需要大量的外部 RAM，而且所有的函數(shù)必須是可重入函數(shù)，用在 8051 這類片內(nèi) RAM資源很小的單片機(jī)上有些勉強(qiáng)，并不太實(shí)用[12][21]。27。華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文廣州周立功公司的陳明計(jì)專門為 51 系列單片機(jī)開發(fā)了一個(gè)微型的 RTOS，也就是 Small RTOS51。它使用了 RTX51 Tiny 的堆棧管理機(jī)制，并像 181。C/OSⅡ一樣是搶占式的任務(wù)管理。雖然它是為 51 單片機(jī)所寫，但是也很容易移植到其他 CPU 上。Small RTOS51 的所有版本均可以免費(fèi)在任何領(lǐng)域使用，只要遵循其許可證[22]。SmallRTOS51 的功能介于 RTX51 和 181。C/OSⅡ之間，它既保持了 RTX51 的微型化內(nèi)核，使得對(duì) 51 硬件資源需求很小，不需要另外配置更大的 RAM，同時(shí)也有 181。C/OSⅡ的搶占式內(nèi)核功能，畢竟，只有搶占式的內(nèi)核才被認(rèn)為是真正的實(shí)時(shí)內(nèi)核。我們正是基于以上目的，選用了 Small RTOS51 作為我們火災(zāi)樓層顯示盤的RTOS 平臺(tái)。 軟件設(shè)計(jì)方案和工作流程漢字樓層顯示盤軟件完成的功能主要是： Flash 存儲(chǔ)（設(shè)備初始化時(shí)需要）。 CAN 通信，如果發(fā)現(xiàn)有火警信息，則查找 Flash 中的漢字地址信息，予以顯示在漢字液晶上報(bào)警，如果有多條火警信息，則要滾動(dòng)顯示各條信息。圖 33 是漢字樓層顯示盤的軟件功能結(jié)構(gòu)框圖。用 page(值為 07)表示讀寫的Flash 頁，用 count（值為 065535）表示本頁的頁內(nèi)地址。其中 page0page6 用來存儲(chǔ)通過串口下載的漢字信息，page7 用來存儲(chǔ)接收到的火警和樓顯 CAN 通信地址等動(dòng)態(tài)信息。一旦接收到新火警，即對(duì)應(yīng)查詢 Flash 中相應(yīng)的漢字信息，并在漢字液晶上滾動(dòng)顯示。為了快速定位所查詢的火警漢字地址信息，我們?cè)?Flash 中采用的是線性表的數(shù)組結(jié)構(gòu)，盡管這樣會(huì)因?yàn)閷?shí)際的火警地址不等長，而造成存儲(chǔ)中出現(xiàn)一些空的地址，導(dǎo)致存儲(chǔ)效率不高。但是，我們對(duì)數(shù)組的查找是一種可以直接定位的快速查找，不用采用鏈表之類的復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也避免了二分檢索之類復(fù)雜的搜索算法，對(duì)于單片機(jī)而言，實(shí)質(zhì)上是以比較小的空間為代價(jià)換來了比較高的時(shí)間效率，還是十分值得的。28華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論