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瑞彩祥云

作者:山坡羊時間:2019-07-19來源:電子産品世界收藏

花兒開,鳥兒叫,早起上班的路迢迢。風兒吹,陽光照,爲國工作的豪情萬丈高。

本文引用地址:/article/201907/402884.htm

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那日,灑家虎虎生風地走在上班的路上,正好碰上一位父親領著女兒去上幼兒園。看得出來,小家夥兒的起床氣還沒有完全消散,耷拉著腦袋,慢騰騰地踢踏著。爸爸一邊急火火地拽著女兒的小胳膊往前趕,一邊跟她說著什麽。

灑家正待從這對父女倆身邊走過時,正聽得爸爸彎著腰對女兒說:“不上幼兒園怎麽上小學呀?”小丫頭片子奶聲奶氣地說不想上小學。爸爸不以爲然地繼續說教著:“不上小學怎麽上大學呀?”

‘恩?小學之後不該是初中嗎,還有高中呐!’我正在心裏犯著嘀咕,一聲嘹亮的哭腔便劃破空氣,直沖耳膜而來。回頭一看,小家夥正一邊甩著胳膊打爸爸的屁股,一邊咧著大大的嘴巴哭著說:“我什麽學都不想上!!”

我初覺好笑,繼而感到有些悲哀。看著她那梨花帶雨的樣子,一股惆怅在我心底潮起:你以爲我願意上班的嗎?

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1

順利出差回來後第一天的上班生活悠閑而自在,可以東轉轉西逛逛,和這個同事打個閑茬,和那個同仁熱切但放松地討論技術。

但是如果出差不順利,回來第一天的上班生活就沒有那麽輕松美好了。在邂逅不願上幼兒園的女娃娃那天,我正是這樣的狀態。

這次出差的工作任務是到汽車廠進行總線測試,筆者出發時懷著脹得鼓鼓的信心,帶著遊山玩水的閑情逸致,回來時揣著灰溜溜的挫敗感,和不知如何是好的沮喪。

幾個月前去測試時,明明測得好好的,這一次,居然測試失敗了!

測試報告中那幾個夾在綠色OK項目中間的NOK項,發著悠悠的紅光,帶著冷冷的笑意,讓我的寒意從頭頂直接涼到了大地。

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點開這幾個NOK項的測試數據,一行行標記著報文收發時間、收發方向、ID、數據場的數據眼花缭亂地撲面而來。根據錯誤提示,筆者産品發送報文的周期性沒有滿足要求。我拖著鼠標從左拖到西,又從上拖到下,終于發現,有一條以50ms爲周期固定發送的報文,有那麽一次,沒有及時地發出來。

各種思路向我的腦海湧來,灑家穩了穩心神,首先把懷疑的目光放到了代碼的一致性上面。如果兩個版本的代碼不一致,把代碼改回去就還有測試通過的希望!!

許是這幾個月來不小心改了代碼中的哪個模塊或哪個函數呢?

我迫不及待地调出了几个月前来做第一次测试时的代码,用Beyond Compare对比工具和这次的测试代码进行了比对。

除了這幾個月中添加的許多其它模塊的代碼,CAN通信代碼竟然是一致的。剛剛升起的一絲希望被無情地澆滅了。通信代碼一致意味著,是這幾個月來添加的不知道哪段代碼改變了這次的測試結果。

麻煩大了!這幾個月來添了那麽多代碼,鬼才知道到底是哪塊影響了倒黴的CAN通信。

在汽車廠搞了一天,仍然不得要領,測試MM也開始置我的美色于不顧,露出不耐煩的神色來,于是我只好灰溜溜地回了公司。

2

據說籃球和足球比賽有主場、客場之分,在自己的主場上,在一衆球迷的呐喊助威下,在家鄉父老的氣氛烘托下,球隊容易比出好的成績來。

回到公司的我,雖然聽不到同事們的鼓掌聲,但是,回到自己熟悉的地盤,戰鬥力也直線上升。

我戴上耳機,耳旁響起舒緩的輕音樂,在仿佛與世隔絕的靜谧中,我小心地觀察著那幾個測試NOK項的測試數據。

很快,這些數據的特征浮現在灑家的面前。

在這幾項測試中,測試軟件發送了大量優先級或高或低的無關報文,相比之下,之前的測試中也發送了大量報文,但是都是産品用得到的報文。

不同之處找到了,問題的原因自然也就很容易找到了。爲了幫助讀者理解,筆者先簡單介紹一下CAN報文接收的處理程序:

總線上接收到報文時,被觸發報文接收中斷。

進入ISR程序後,會拿接收到的報文ID和産品規範所定義的需要解析的ID依次進行比較。

經過若幹次比較後,如果接收報文ID和需要解析的ID一致,把報文存入接收緩沖區,發送“接收到新報文”信號。如果不一致,表明接收到的是無關報文,直接丟棄報文。

在灑家這個産品中,需要解析大約20條報文。爲了簡單,筆者按照ID從小到大的順序進行比較。顯然,無關報文需要進行20次比較,最終被MCU丟棄掉,相關報文進行比較的平均次數則爲10次。實際上,測試軟件給出的那幾個OK項測試中,最多的比較次數也沒有超過10次。

寫到這裏,問題的原因呼之欲出了!在大量高頻次報文的沖擊下,MCU一直忙于進行ID的比較匹配。無關報文的沖擊力量尤甚,因爲MCU進入報文接收ISR後,每次都要進行多達20次比較!!

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深谙摩爾定律的看官也許笑了,現在MCU性能這麽高,20次比較算逑?!

3

筆者喜歡拿數據說話,這回咱就用初中數學知識掰扯掰扯。

CAN報文的數據幀由7個不同的位場組成:幀起始、仲裁場、控制場、數據場、CRC場、應答場、幀結尾。

其中,帧起始标志数据帧和远程帧的起始,由一个单独的“显性”位组成。仲裁场包括识别符和远程发送请求位(RTR)。识别符的长度为11位。控制场由6个位组成,包括数据长度代码和两个将来作为扩展用的保留位。数据场由数据帧中的发送数据组成。它可以为0~8 个字节。CRC场包括CRC序列(CRC SEQUENCE),其后是CRC界定符(CRC DELIMITER)。CRC序列为15位,CRC界定符包含一个单独的“隐性”位 。应答场长度为2个位,包含应答间隙(ACK SLOT)和应答界定符(ACK DELIMITER)。帧结尾由一标志序列界定。这个标志序列由7 个“隐性”位组成。

所以一个8字节的数据帧的位数为1(帧起始)+ 12(仲裁场)+ 6(控制场)+ 64(数据场)+ 16(CRC场)+ 2(应答场)+ 7(帧结尾)= 108位。

报文之间存在帧间空间INTERFRAME SPACE。帧间包括间歇场、總線空闲的位场。间歇场包括3 个“隐性”的位。

所以,一个8字节的数据帧至少需要(108+3+1)* bitrate的时长,对于125kbps,需要0.896ms。对于500kbps,需要0.224ms。

不巧的是,筆者的産品需要面臨的就是500kbps通訊速率的總線通信。

那麽問題來了,0.224ms來一次中斷,每次中斷執行20次數據比較,你說MCU累不累?

累,MCU累得都快冒煙了!

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劍客的最高境界是人劍合一,人就是劍,劍就是人。灑家遠沒有到碼農的最高境界,但也高山仰止,知道要善待MCU,才能最終達到人機合一。

看著累得偶爾愣了神忘了發送報文的MCU,筆者在心疼又無奈的淚眼朦胧中苦苦思索著,怎麽給MCU減減負呢?

4

這裏要做的工作一言以蔽之,就是針對頻繁中斷的ISR,優化它的執行時間,卸掉MCU的負擔。

看著那20個需要進行比較的報文ID,灑家眉頭一皺,計上心來。

CAN報文ID是11位,頭三位的取值爲0-7,相當于將CAN報文ID的取值區間劃分成了八段,分別是0-0xff、0x100-0x1ff、0x200-0x2ff。。。0x700-0x7ff。

如果將CAN報文ID右移八位,得到頭三位取值,就可以知道這個報文ID處于這八段取值區間的哪一段,然後再到這個段內進行比較,比較次數不就下降很多了嗎?

比如說,産品需要解析的0x700-0x7ff段的ID有0x701、0x7df兩個報文,接收到一個0x745的無關報文時,之前的比較次數是20次,現在是執行一次8位移位,然後進行2次比較。

只需要執行一次移位運算,比較次數從20次陡然下降到了2次!!

我被這種效率的提升幅度驚呆了。只是一個非常簡單的方法,就得到了這麽好的效果!

帶著修改後的代碼,懷著一絲忐忑九分坦蕩,灑家又直奔汽車廠測試去了。

測試通過後,測試MM向我投來贊許的目光,我回之以笑意,心中實則感慨萬千。

時間是世界上最爲倔強的東西,它一往無前,絕不回頭。但是魯迅先生說:時間就像海綿裏的水,擠一擠總會有的。

MCU的能力也是如此,只要你怀着一颗精益求精的心,好好地設計代码,比如对于频繁中断的ISR,执行时间仔细优化,就能很好地驾驭它,发挥它的潜力。

套用魯迅先生的話,就是:

MCU的性能就是海綿裏的水,擠一擠總會有的!



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