在Cortex-M3上实现基于μC/OS-Ⅱ和CAN总线的实时数据采集系统

论文摘要

目前,数据采集系统在工程建设、科研、控制等多个领域应用广泛,而且很多领域对系统的实时性和处理速度要求很高,但系统成本上又控制得很严格。ARM公司的Cortex-M3内核正好符合这些需求,本文就是在一款Cortex-M3处理器上实现了实时数据采集系统。本系统采用了集成Cortex-M3内核的STM32F103VC芯片,对外部模拟信号的数据采集,然后对采集到的数据进行滤波处理,最终通过CAN总线通信传输到另一个开发板上进行处理。STM32F103VC芯片基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核,具有高集成度和易开发的特点。STM32F103VC芯片上集成了基本扩展控制区域网络（bxCAN）控制器,外加一个TI公司的SN65HVD230作为收发器,实现CAN总线通信。由于现在的数据采集系统不断的复杂化,由一个无限循环构成的应用程序已不能满足。本文采用了μC/OS-Ⅱ实时嵌入式操作系统对数据采集任务进行管理。μC/OS-Ⅱ在实时性方面的性能非常优越,而且没有开发成本的压力。关于μC/OS-Ⅱ操作系统,本文详细阐述了μC/OS-Ⅱ实时操作系统在STM32F103VC芯片上移植的过程,每个文件代码的修改。在软件方面,分别阐述了数据采集的ADC模块和实时通信的CAN总线的开发、设计和扩展。ADC模块采用了STM32F103VC芯片集成的片内模拟/数字转换器（ADC）,通过DMA模式传输数据,减少对CPU资源的使用,充分发挥Cortex-M3芯片在实时性上的性能。并且采集到的数据首先会进行滤波处理,本文使用的是中位值平均滤波法。CAN总线模块方面,STM32F103VC芯片上集成的总线通信接口（bxCAN）,它支持CAN协议2.0A和2.0B,与现行的CAN2.0B标准接口完全兼容。本文给出了CAN总线的初始化、波特率的设置、过滤器的设置以及发送报文的详细代码设计。ADC模块和CAN总线模块都是由μC/OS-Ⅱ操作系统进行管理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 实时数据采集系统发展趋势
• 1.2.1 数据采集现状和发展趋势
• 1.2.2 嵌入式处理器现状和发展趋势
• 1.2.3 CAN通信现状和发展趋势
• 1.3 本文的主要研究内容
• 1.4 论文结构
• 第二章 软硬件平台的选择
• 2.1 操作系统的选择
• 2.2 硬件平台的选择
• 2.3 软件开发环境
• 2.3.1 RealView MDK的安装
• 2.3.2 RealView MDK的系统配置
• 2.3.3 仿真器Jlink
• 第三章 操作系统的移植
• CPU_A. ASM'>3.1 汇编语言文件OS_CPU_A. ASM
• 3.1.1 多任务调度函数OSStartHighRdy（）
• 3.1.2 任务切换函数OSCtxSw（）
• 3.1.3 中断级任务切换函数OSIntCtxSw（）
• 3.1.4 时钟源函数OSTickISR（）
• CPU. H'>3.2 头文件OS_CPU. H
• CPU_C. C'>3.3 C语言文件OS_CPU_C. C
• 第四章 实时数据采集系统的实现
• 4.1 ADC模块
• 4.1.1 基本配置
• 4.1.2 DMA模式
• 4.1.3 滤波处理
• 4.2 CAN模块
• 4.2.1 bxCAN的基本配置
• 4.2.2 bxCAN的工作模式
• 4.2.3 bxCAN的波特率
• 4.2.4 bxCAN的过滤器设置
• 4.2.5 bxCAN的发送
• 4.2.6 bxCAN的接收
• 4.3 数据采集系统的实现
• 4.3.1 μC/OS-Ⅱ下主要程序设计
• 4.3.2 数据采集系统的实现结果
• 4.4 数据采集系统的分析与测试
• 全文总结
• 参考文献
• 在学期间公开发表论文及著作情况
• 致谢