SmartOSEK操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)和空間優(yōu)化

1、SmartOSEK操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)和空間優(yōu)化 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文SmartOSEK操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)和空間優(yōu)化姓名:陳威申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別:碩士專業(yè):計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)指導(dǎo)教師:吳朝暉;趙民德20050301摘要在信息時(shí)代潮流當(dāng)中,嵌入式技術(shù)扮演了承上啟下的橋梁作用,它和傳統(tǒng)的工業(yè)控制技術(shù)有著密切的聯(lián)系,又結(jié)合了最新的計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)。和傳統(tǒng)的桌面系統(tǒng)類似,嵌入式系統(tǒng)也需要能夠方便用戶二次開發(fā)和使用的操作系統(tǒng),這種操作系統(tǒng)就叫做嵌入式操作系統(tǒng)。目前,汽車電控軟件趨向于復(fù)雜化,大型化;使得傳統(tǒng)的前后臺(tái)程序開發(fā)的復(fù)雜度大大增加,在分析了工業(yè)界存在的面向汽車電子開發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng)的技術(shù)情況和應(yīng)用情況的基礎(chǔ)上,本文提

2、出并實(shí)現(xiàn)了符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式操作系統(tǒng),并提出了相應(yīng)的內(nèi)核空間優(yōu)化技術(shù)。本文的主要工作集中在如下兩個(gè)方面:第一,實(shí)現(xiàn)了符合/標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)的內(nèi)核模塊包括調(diào)度模塊,任務(wù)管理模塊,資源管理模塊,中斷管理模塊。該操作系統(tǒng)具有層次化的結(jié)構(gòu)方式和豐富的外圍接口,由多個(gè)功能模塊組成一個(gè)精簡(jiǎn)內(nèi)核,并且具有很大的可定制性和擴(kuò)展性。在運(yùn)行時(shí)候只需要很少的內(nèi)存開銷最低.開銷可以運(yùn)行在低端單片機(jī)上。目前已經(jīng)被移植到十多款主流嵌入式控制芯片上。在標(biāo)準(zhǔn)提出的優(yōu)先級(jí)置頂協(xié)議根底上,本文提出了面向內(nèi)部和外部資源的兩種不同的優(yōu)化方法,在操作系統(tǒng)處于混合調(diào)度模式下,這種改進(jìn)顯著地減少了調(diào)度中資源分配的開銷。第二,針對(duì)是一

3、個(gè)靜態(tài)操作系統(tǒng)的特點(diǎn),我們通過將操作系統(tǒng)內(nèi)核代碼拆分成更小粒度的組件,和外圍的結(jié)合進(jìn)行內(nèi)核配置,實(shí)現(xiàn)了內(nèi)核空間的最小化。和原來的大粒度的同樣功能的內(nèi)核版本相比,減少了%的空間丌銷。在任務(wù)的代碼開銷減少方面,通過分析符合一致類的任務(wù)之間的調(diào)度關(guān)系,操作系統(tǒng)將非并行任務(wù)進(jìn)行堆棧復(fù)用,減少了應(yīng)用程序的空間開銷。本文提出了對(duì)靜態(tài)操作系統(tǒng)進(jìn)行建模的方法,該模型能將靜態(tài)嵌入式操作系統(tǒng)的不同組成元素進(jìn)行抽象;在此模型根底上提出了計(jì)算任務(wù)最小的上下文的方法。為了更好地評(píng)估的空間性能,我們搭建了包括主機(jī),嵌入式開發(fā)板,邏輯分析儀的測(cè)試平臺(tái),得到了的最優(yōu)化空間開銷。經(jīng)研究比較得出,的內(nèi)核空間性能已經(jīng)到達(dá)了可以與國

4、外相關(guān)的符合標(biāo)準(zhǔn)的商業(yè)操作系統(tǒng)相比的水平。本文得到以下資金贊助:課題支持汽車電子的嵌入式軟件開發(fā)平臺(tái),課題支持?jǐn)?shù)字化設(shè)備的嵌入式軟件平臺(tái)。關(guān)鍵詞:/,汽車電子,內(nèi)核,空間性能 ., /. , . .,. ,.,. :. , , ., . . ?. . . ,., %. ., . . ,., .? : 訂, .浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章引言.應(yīng)用背景.汽車電子化的現(xiàn)狀汽車電子化是現(xiàn)代汽車開展的重要標(biāo)志之一。目前世界每輛汽車采用電子裝置的情況已成為衡量汽車水平上下的主要標(biāo)志。未來汽車市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)是汽車電子化的競(jìng)爭(zhēng)。八十年代以來,國外應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù),推出了具有多種檢測(cè)和控制功能的汽車電子系

5、統(tǒng),使汽車的性能和質(zhì)量得到巨大的提高,并且還解決了汽車環(huán)保生態(tài)問題。使用這些電子控制裝置后,明顯地改善了汽車的動(dòng)力性、可靠性、安定性、舒適性、便利性和經(jīng)濟(jì)燃油性?？梢哉f,近十幾年來汽車工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步很大程度上是應(yīng)用電子技術(shù),特別是嵌入式技術(shù)的結(jié)果。據(jù)美國通用汽車公司報(bào)道,至八十年代末,美國汽車平均每年裝備汽車電子產(chǎn)品為美元,假設(shè)按此水平對(duì)我國年轎車所裝汽車電子裝備進(jìn)行計(jì)算,那么年需億元人民幣的電子產(chǎn)品裝備。萬輛轎車,到時(shí)我國還將擁有近萬輛社會(huì)車輛,它們?cè)撗a(bǔ)充裝備的電子產(chǎn)品達(dá)億元人民幣。因此,汽車電子工業(yè)是一個(gè)潛力巨大的產(chǎn)業(yè)。目前國外汽車電子系統(tǒng)在汽車價(jià)格中所占比例已達(dá)%,而且這一比例還在不斷擴(kuò)

6、大。為了加強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力,國外在提高屯子系統(tǒng)所占比例的同時(shí),廣泛采用位位微處理器,以及廣泛采用更先進(jìn)的傳感器,使汽車的功能從對(duì)汽車自身的控制管理擴(kuò)大到“汽車?人?環(huán)境這樣一個(gè)大系統(tǒng)的信息獲取、處理和控制。伴隨著汽車市場(chǎng)的飛速開展,汽車電子產(chǎn)業(yè)在中國也進(jìn)入到一個(gè)跳躍式增長(zhǎng)期。汽車工業(yè)將成為我國經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。近幾年中國汽車電子產(chǎn)業(yè)的年增艮率超過%,成為拉動(dòng)汽車工業(yè)開展的重要因素,賽迪參謀預(yù)計(jì)到年中國汽車電子產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)模將突破間。汽車電子產(chǎn)業(yè)的蛋糕到底有多大據(jù)長(zhǎng)期從事汽車電子產(chǎn)品研究的賽迪高級(jí)參謀李東宏介紹,年我國市場(chǎng)上共銷售汽車電子產(chǎn)品萬套,銷售額突破億元,與年相比,分別增長(zhǎng).%和.%,數(shù)最和價(jià)

7、格同時(shí)增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)年我國汽車電子產(chǎn)品需求額將達(dá)億元的規(guī)模,年有望突破億元。我國汽車電子產(chǎn)業(yè)將保持一個(gè)持續(xù)高速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。但是作為一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè),汽車電子行業(yè)卻面臨著諸多為難。中國汽車技術(shù)研究中心博士龔進(jìn)峰認(rèn)為,汽車%的創(chuàng)新來自汽車電子。在國外每輛新車上的汽車電子支出占整車平均價(jià)值的.%,越是高檔車,電子化趨勢(shì)越明顯,甚至超出造車本錢的一半以上。而我國每輛車上電子產(chǎn)品支出僅為%左右。清華大學(xué)汽車工程系袁大宏教授在近日舉辦的汽車電子研討會(huì)上表示,國內(nèi)相關(guān)部門和企業(yè)應(yīng)盡早重視汽車電子控制系統(tǒng)的自主開發(fā)。汽車電子控制系統(tǒng)自主開發(fā)勢(shì)在必行袁教授介紹說,汽車電子產(chǎn)品可以分為兩類:一類是車載汽車電子裝置,例如

8、汽車音響等,它們和汽車本身的性能無直接關(guān)系,屬于汽車的附加值局部;另一類是汽車電子控制系統(tǒng),例如電子燃油噴射系統(tǒng)、制動(dòng)防抱死控制系統(tǒng)、電子控制懸架系統(tǒng)等,它們浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文直接影響著汽車的性能。就車載汽車電子裝置而言,目前國內(nèi)有較好的開發(fā)根底,今后關(guān)鍵是要進(jìn)一步形成經(jīng)濟(jì)規(guī)模來降低本錢,以提高在全球市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。而汽車電子控制系統(tǒng)具有投資較大、開發(fā)周期長(zhǎng)、技術(shù)難度大等特點(diǎn),雖然中國已有一些企業(yè)從事技術(shù)研發(fā),但還沒有形成產(chǎn)業(yè)化,因此這一行業(yè)還沒有開展起來。特別是如今市場(chǎng)上面對(duì)的都是國外實(shí)力強(qiáng)大的跨國汽車電子公司,加上國內(nèi)電子行業(yè)對(duì)汽車電子控制系統(tǒng)所知有限,先天缺乏加上后天“營(yíng)養(yǎng)缺乏,這些都會(huì)

9、影響國內(nèi)汽車電子產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。.汽車電控軟件面臨的挑戰(zhàn)隨著全球汽車行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的加劇,汽車電子產(chǎn)品和軟件市場(chǎng)已經(jīng)成為國際汽車巨頭開展競(jìng)爭(zhēng)的新戰(zhàn)場(chǎng);而同時(shí)隨著汽車電子系統(tǒng)復(fù)雜度的提高,以往一個(gè)企業(yè)單打獨(dú)斗、“垂直綜合型產(chǎn)品開發(fā)模式已經(jīng)很難滿足復(fù)雜開發(fā)任務(wù)和本錢目標(biāo)的需要。汽車電子化進(jìn)程帶來的新問題可概括如下:.隨著車載控制系統(tǒng)日益先進(jìn)和復(fù)雜化,軟件開發(fā)工程師所面臨的工作量和壓力也越來越大。據(jù)專家估計(jì),每輛汽車投入的軟件開發(fā)工數(shù)時(shí)間及人力在年將到達(dá)年的.倍。.汽車電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜化和單個(gè)企業(yè)“垂直綜合型開發(fā)模式造成了可靠性隱患,從而導(dǎo)致汽車因平安隱患被“招回的現(xiàn)象頻繁發(fā)生。一些國際頂級(jí)汽車制造商已經(jīng)因此

10、倍感痛苦。.隨著大量的嵌入式產(chǎn)品涌向市場(chǎng),汽車產(chǎn)品開發(fā)商將面臨著劇烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。準(zhǔn)能在最短的時(shí)間內(nèi)推出高質(zhì)量的產(chǎn)品,誰就能搶占先機(jī)?？s短開發(fā)周期,提高開發(fā)效率,成為汽車產(chǎn)品開發(fā)商重點(diǎn)關(guān)注的問題。上述問題歸結(jié)到一點(diǎn),就是車用控制軟件缺乏重用性和兼容性。在開發(fā)和管理與應(yīng)用不相關(guān)的控制單元軟件時(shí),尤其是像車用嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核等軟件,存在重復(fù)的巨額開銷。因?yàn)椴煌慕涌诤蛥f(xié)議,不同廠商生產(chǎn)的控制單元沒有兼容性。如果能標(biāo)準(zhǔn)不同供應(yīng)商之間汽車電子產(chǎn)品和元器件的互通性,實(shí)現(xiàn)汽車電控軟件的接口標(biāo)準(zhǔn)化,那么汽車電子行業(yè)就可建立國際間廣泛的合作關(guān)系,分享汽車電子領(lǐng)域的技術(shù)積累,向“水平分業(yè)型開發(fā)方式轉(zhuǎn)變,從而縮短

11、產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間、降低開發(fā)本錢,從根本上提高產(chǎn)品的可靠性。國際業(yè)界早己著手開始解決這些問題。提出于年的/體系,它的開放式體系結(jié)構(gòu)提供了標(biāo)準(zhǔn)化接口。經(jīng)過十多年的開展,/已經(jīng)引起了全球的強(qiáng)烈關(guān)注。它的主旨是從已有軟件的可移植性、可擴(kuò)展性和可重用性角度出發(fā),采用基于標(biāo)準(zhǔn)化接口和協(xié)議的構(gòu)件化、模塊化設(shè)計(jì)。同時(shí),/還允許不同供應(yīng)商把不同的模塊集成在汽車電控系統(tǒng)中。另據(jù)日本媒體報(bào)道,豐田汽車公司與日產(chǎn)汽車公司目前宣布將聯(lián)手開發(fā)汽車電子控制軟件,以促進(jìn)電子控制剎車及發(fā)動(dòng)機(jī)燃料噴射等裝置的根底軟件實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化并提高其通用性,降低軟件開發(fā)的本錢。.技術(shù)背景目前嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)開展傾向是采用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng),。的

12、應(yīng)用是和目前電子應(yīng)用復(fù)雜化直接相關(guān)的。浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文過去一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用程序所控制的外設(shè)和履行的任務(wù)不多,采取一個(gè)土循環(huán)和幾個(gè)順序調(diào)用的子程序模塊即可滿足要求。目前單片機(jī)芯片本身的性能大幅度提高。可以適應(yīng)應(yīng)用復(fù)雜化這一要求,問題在于軟件。隨著應(yīng)用的復(fù)雜化,一個(gè)嵌入式控制器系統(tǒng)口能要同時(shí)控制/監(jiān)視很多外設(shè),要求有實(shí)時(shí)響應(yīng),有很多處理任務(wù),各個(gè)任務(wù)之間有多種信息傳遞,如果仍采用原來的程序設(shè)計(jì)方法存在兩個(gè)問題。一是中斷可能得不到及時(shí)響應(yīng),處理時(shí)間過長(zhǎng),這對(duì)丁一些控制場(chǎng)合是不允許的,對(duì)于網(wǎng)絡(luò)通信方面那么會(huì)降低系統(tǒng)整體的信息流量。二是系統(tǒng)任務(wù)多,要考慮的各種可能也多,各種資源如調(diào)度不當(dāng)就會(huì)發(fā)生死鎖,

13、降低軟件可靠性,程序編寫任務(wù)呈指數(shù)級(jí)增加。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是一段在嵌入式系統(tǒng)啟動(dòng)后首先執(zhí)行的背景程序,用戶的應(yīng)用程序是運(yùn)行于之上的各個(gè)任務(wù),根據(jù)各個(gè)任務(wù)的要求,進(jìn)行資源包括存儲(chǔ)器、外設(shè)等管理、消息管理、任務(wù)調(diào)度、異常處理等丁作。在支持的系統(tǒng)中,每個(gè)任務(wù)均有一個(gè)優(yōu)先級(jí),根據(jù)各個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí),動(dòng)態(tài)地切換各個(gè)任務(wù),保證對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。工程師在編寫程序時(shí),可以分別編寫各個(gè)任務(wù),不必同時(shí)將所有任務(wù)運(yùn)行的各種可能情況記在心中,大大減小了程序編寫的工作量,而且減小了出錯(cuò)的可能,保證最終程序具有高可靠性。實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng),班分時(shí)方式運(yùn)行多個(gè)任務(wù),看上去是多個(gè)任務(wù)“同時(shí)運(yùn)行。任務(wù)之間的切換應(yīng)當(dāng)以優(yōu)先級(jí)為根據(jù),只有

14、優(yōu)先效勞方式的才是真正的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),時(shí)間分片方式和協(xié)作方式的并不是真正的“實(shí)時(shí)。也表達(dá)了一種新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和一個(gè)開放的軟件框架,工程師可以在不大景變動(dòng)系統(tǒng)其它任務(wù)的情況下增加或去掉一個(gè)任務(wù);一個(gè)工程開發(fā)的過程中,可以有多個(gè)程師同時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的軟件開發(fā),各個(gè)人之間只要制訂好規(guī)程和協(xié)議即可,既縮短了開發(fā)時(shí)間,又降低了最終軟件產(chǎn)品對(duì)于具體某個(gè)開發(fā)者個(gè)人的依賴性。為設(shè)計(jì)的成熟和通用的任務(wù)可以以庫函數(shù)的形式供其它人繼續(xù)利用,和語言的設(shè)計(jì)思想一致。因此可以說是嵌入式軟件的編寫從“小生產(chǎn)方式進(jìn)入“大生產(chǎn)方式的必然產(chǎn)物。嵌入式比桌上的相對(duì)簡(jiǎn)單,但由于各種嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品中包含各不相同的、 、特殊需求,導(dǎo)致這類

15、系統(tǒng)中使用的不下幾百種,例如、等等都是。而且至今仍有一半的開發(fā)者使用自行開發(fā)的。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)包含以下成分:硬件抽象層及自舉代碼,各種硬件的驅(qū)動(dòng),提供根本的硬件平臺(tái)管理。該局部是能快速提供多平臺(tái)支持的關(guān)鍵。核心,嵌入式系統(tǒng)通常存在著線程并發(fā)需求,核心是支持并發(fā)線程調(diào)度,提供線程同步和通訊機(jī)制的主要工具。核心的結(jié)構(gòu)和調(diào)度算法根本決定了如響應(yīng)時(shí)間等實(shí)時(shí)性能,為硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)用戶所關(guān)心。功能較強(qiáng)的提供高質(zhì)量的定制,.軟件包,方便嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)工作,吸引領(lǐng)域用戶。通常有如下實(shí)現(xiàn)選擇,功能方面有支持何種平臺(tái),何種,是否包含支持、是否支持核心態(tài)用戶態(tài)、是否支持、可移植性、調(diào)試支持,標(biāo)準(zhǔn)支持等。性能方面重要的選

16、擇有的實(shí)時(shí)性指標(biāo),大小等。而用同一個(gè)取適應(yīng)幾種不同的需求,要求該有很強(qiáng)的可配置能力。實(shí)時(shí)內(nèi)核的使用使得實(shí)時(shí)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)和擴(kuò)展變得容易,不需要大的改動(dòng)就可以增加新的功能。通過將應(yīng)用程序分割成假設(shè)干獨(dú)立的任務(wù),使得應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)過程大為減化。使用可剝奪性內(nèi)核時(shí),所有時(shí)間要求苛刻的事件都得到了盡可能快捷、有效的處理。通過有效的效勞,如信號(hào)量、郵箱、隊(duì)列、延時(shí)、超時(shí)等,使得資源得到更好的利用。如果應(yīng)用工程對(duì)額外的需求可以承受,應(yīng)該考慮使用實(shí)時(shí)內(nèi)核。這些額外的需求是:內(nèi)核的價(jià)格,額外的/開銷,到百分點(diǎn)的額外負(fù)荷。還沒有提到浙江火學(xué)碩士學(xué)位論文的一個(gè)因素是使用實(shí)時(shí)內(nèi)核增加的價(jià)格本錢。在一些應(yīng)用中,價(jià)格就

17、是主導(dǎo)因素,以至于承擔(dān)不了使用的代價(jià)。當(dāng)今有個(gè)以上的商家,生產(chǎn)面向位、位、位、甚至是位的微處理器的產(chǎn)品。一些軟件包是完整的操作系統(tǒng),不僅包括實(shí)時(shí)內(nèi)核,還包括輸入輸出管理、視窗系統(tǒng)用于顯示、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、語言接口庫、調(diào)試軟件、交叉平臺(tái)編譯.。的價(jià)格從美元到,美元。制造商還可能索取每個(gè)目標(biāo)系統(tǒng)的版權(quán)使用費(fèi)。就像從商家處買一個(gè)芯片安裝到每一個(gè)產(chǎn)品上,然后一同出售。商家稱之為硅片軟件。每個(gè)產(chǎn)品的版權(quán)費(fèi)從美元到美元不等。同如今的其它軟件包一樣,還得考慮軟件維護(hù)費(fèi),這局部開銷為每年還得花到美元。.工程背景本文依托的工程目標(biāo)是針對(duì)我國汽車電子領(lǐng)域的汽車動(dòng)力總成電子控制系統(tǒng)的自主國產(chǎn)需求,研制一種面向汽車電

18、子控制的嵌入式軟件平臺(tái),參照歐洲標(biāo)準(zhǔn),構(gòu)建超微型實(shí)時(shí)平安的嵌入式操作系統(tǒng),以及面向汽車電子的嵌入式動(dòng)力總成控制應(yīng)用的根底與專用編程接口;基于該平臺(tái),研制開發(fā)大型卡車的動(dòng)力總成電子控制系統(tǒng),形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn),提升我國汽車電子領(lǐng)域嵌入式軟件自主開發(fā)能力,取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本工程的研究?jī)?nèi)容,如下列圖,包括:.參照歐洲標(biāo)準(zhǔn)的、超微型實(shí)時(shí)平安的嵌入式操作系統(tǒng);.支持卡車動(dòng)力總成電子控制的嵌入式根底編程接口庫;.支持卡車動(dòng)力總成電子控制的嵌入式專用編程接口庫:.商用車的動(dòng)力總成電子控制系統(tǒng)的應(yīng)用示范。一塑蘭查蘭堡主蘭垡絲苧圖?產(chǎn)品平臺(tái)結(jié)構(gòu)結(jié)合工程,操作系統(tǒng)平臺(tái)的具體研制目標(biāo)是:針對(duì)我國汽車電

19、子領(lǐng)域的汽車動(dòng)力總成電子控制系統(tǒng)的自主國產(chǎn)需求,研制一種面向汽車電子控制的嵌入式軟件平臺(tái),建立符合汽車電子控制與標(biāo)準(zhǔn)的、超微型實(shí)時(shí)平安的嵌入式操作系統(tǒng),以及面向汽車電子的嵌入式動(dòng)力總成控制應(yīng)用的根底與專用編程接口與一汽集團(tuán)、吉林大學(xué)合作:基于該平臺(tái),研制開發(fā)大型卡車的動(dòng)力總成電子控制系統(tǒng),形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn),提升我國汽車電子領(lǐng)域嵌入式軟件自主開發(fā)能力。浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文的主要研究?jī)?nèi)容為:利用開放源碼機(jī)制,結(jié)合實(shí)驗(yàn)室本身在嵌入式操作系統(tǒng)方面的技術(shù)積累,研發(fā)一套面向汽車電子的、參照歐洲標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),通過裁減與移植,支持多種國際主流處理器的、實(shí)現(xiàn)超微型實(shí)時(shí)平安的汽車電子嵌入式操作系統(tǒng)。

20、該內(nèi)核實(shí)現(xiàn)可搶占、式內(nèi)核,多種實(shí)時(shí)調(diào)度機(jī)制,滿足實(shí)時(shí)性要求高的汽車電子產(chǎn)品。以芯片為根底運(yùn)行平臺(tái),并可以移植到多種國際主流處理器,可滿足不同的硬件需求。參照標(biāo)準(zhǔn),研制支持核心系統(tǒng)調(diào)用和標(biāo)準(zhǔn)的根本程序庫,支持語言。的主要研究?jī)?nèi)容為:基于操作系統(tǒng),開發(fā)面向汽車電子和其他相關(guān)數(shù)字化設(shè)備的可視化集成開發(fā)環(huán)境,其中包括任務(wù)運(yùn)行時(shí)間分析工具、任務(wù)可調(diào)度性分析工具、支持 標(biāo)準(zhǔn)的配置工具以及可視化系統(tǒng)建模設(shè)計(jì)工具。的核心功能和技術(shù)要點(diǎn):?深度嵌入的超微型、強(qiáng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核。、 、一遵循 標(biāo)準(zhǔn)。支持位、位和位的處理器。一支持系統(tǒng)靜態(tài)配置。嚴(yán)格的片內(nèi)存儲(chǔ)器要求,內(nèi)核小于字節(jié)。滿足高實(shí)時(shí)性要求,上下文切換時(shí)間小于

21、。一支持全搶占、非搶占和混合式調(diào)度方式。?支持完成周期性任務(wù)。支持任務(wù)通過事件和資源進(jìn)行同步。一支持一致類中的、基于消息機(jī)制支持設(shè)備內(nèi)部的通訊。提供通知機(jī)制向任務(wù)報(bào)告消息收發(fā)情況。?提供消息收發(fā)的過濾算法。一支持一致類中的、。支持用戶通過對(duì)平臺(tái)進(jìn)行配置。、基于多種國際主流處理器,包括:、 、 、等。核心功能和技術(shù)要點(diǎn):支持標(biāo)準(zhǔn)。支持對(duì)操作系統(tǒng)內(nèi)核模塊、通訊模塊的配置。支持對(duì)操作系統(tǒng)內(nèi)核模塊、通訊模塊進(jìn)行裁減?？梢越馕觥⑸晌募?。支持自動(dòng)生成系統(tǒng)主函數(shù)。?支持用戶進(jìn)行可視化的系統(tǒng)配置。支持用戶進(jìn)行圖形化的系統(tǒng)建模和設(shè)計(jì)。支持自動(dòng)代碼生成。支持根底代碼復(fù)用。一支持用戶在線進(jìn)行任務(wù)運(yùn)行時(shí)間計(jì)算。支持

22、系統(tǒng)任務(wù)集的響應(yīng)時(shí)間和可調(diào)度性分析浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章標(biāo)準(zhǔn).標(biāo)準(zhǔn)來源和開展年德國汽車工業(yè)界提出了車內(nèi)多控制單元的開放式分布控制體系,最早倡導(dǎo)者有:寶馬、博世、戴姆勒.奔馳、歐寶、西門子、群眾和卡爾斯魯厄大學(xué)的工業(yè)信息技術(shù)研究所。法國的汽車制造商標(biāo)致和雷諾于年參加了體系,并將法國汽車工業(yè)使用的 系統(tǒng)也納入這一體系,的作用與相似,都是為汽車嵌入控制器開發(fā)的公共平臺(tái)的應(yīng)用編程接口。的名稱來源于德國的一種叫法:“汽車電子開放系統(tǒng)和通信接口。規(guī)定了汽車控制器的通信規(guī)程、網(wǎng)絡(luò)管理規(guī)那么、以及操作系統(tǒng)。目的就是支持邏輯軟件的可擴(kuò)展性、可傳輸性及可再使用性?？蓴U(kuò)展性表示現(xiàn)有硬件平臺(tái)集成新的功能。可傳輸性

23、可理解為將邏輯功能由一個(gè)硬件平臺(tái)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)為此目的要給抽象的獨(dú)立應(yīng)用的接口定義。此外必須給獨(dú)立于硬件與網(wǎng)絡(luò)的用戶接口登記,用此方式可最正確支持軟件模型的再使用性。系統(tǒng)是可配置及可分度的,以便對(duì)于任何應(yīng)用都可最正確匹配。在年召開的第一次研討會(huì)上,眾多的廠商對(duì)和的認(rèn)識(shí)達(dá)成了共識(shí),正式產(chǎn)生了當(dāng)前流行于汽車行業(yè)內(nèi)的汽車電子分布式控制的開放平臺(tái)。年第二次國際/研討會(huì)后,發(fā)布了第二版的標(biāo)準(zhǔn),目前已經(jīng)開展到了.版本。/平臺(tái)由通信模塊,網(wǎng)絡(luò)管理模塊三大局部組成。對(duì)于通、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)? 信模塊和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),有兩種可供選擇的標(biāo)準(zhǔn),一是普通要求的標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng),豆信機(jī)制的標(biāo)準(zhǔn),另一是特殊要求的,包含了全球同步容

24、錯(cuò)體系對(duì)時(shí)問的要求和標(biāo)準(zhǔn)。在標(biāo)準(zhǔn)本身不斷更新的同時(shí),委員會(huì)還于年月,啟動(dòng)了一個(gè)工程,名為,為測(cè)試符合/標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)的功能提供了測(cè)試方法和案例。它與年公布的標(biāo)準(zhǔn)第二版開始配套,命名為認(rèn)證配套集合,主要包含四個(gè)局部:, , , 。目前已經(jīng)發(fā)布的版本為。要做到良好的可移植可擴(kuò)展性以及對(duì)已有軟件資源的重用,必須實(shí)現(xiàn)基于標(biāo)準(zhǔn)化接口和協(xié)議的結(jié)構(gòu)化、模塊化軟件設(shè)計(jì)。功能的可擴(kuò)展性意味著可以把一個(gè)新的功能集成到已經(jīng)有其他功能的單個(gè)控制單元中。程序的移植只是把功能函數(shù)通過很小的改動(dòng)從一個(gè)硬件平臺(tái)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)硬件平臺(tái),比方把已有的一個(gè)應(yīng)用程序移植到的下一代產(chǎn)品上去。同時(shí),程序的可移植性、可擴(kuò)展性應(yīng)該與功能函數(shù)提

25、供方無關(guān),也就是說通過從不同功能函數(shù)提供方那里來聯(lián)合組成一個(gè)軟件的方法是可行的。需要注意的是,/并不規(guī)定/各模塊的實(shí)現(xiàn)機(jī)制,也就是說,不同的需要有符合/標(biāo)準(zhǔn)的相同接口,但可以有不同的實(shí)現(xiàn)機(jī)制,這主要看其硬件結(jié)構(gòu)和性能方面的要求。標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)的參與提供了剛中一些可以互動(dòng)操作的合作伙伴。當(dāng)前,技術(shù)委員會(huì)主要由/的初始成員和其他多個(gè)與汽車電子相關(guān)的各行業(yè)合作伙伴組成,也就是說,像汽車制造商、供應(yīng)商、半導(dǎo)體生產(chǎn)企業(yè)以及軟件公司等與汽車電子相關(guān)的合作伙伴。/對(duì)于另外相關(guān)合作者的加盟是開放的。標(biāo)準(zhǔn)的主要組成局部已經(jīng)通過的標(biāo)準(zhǔn)化。官方的/號(hào)是 。土耍包括以下幾個(gè)局部:浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 ?術(shù)語表配套說明

26、.操作系統(tǒng).通信.網(wǎng)絡(luò)管理?實(shí)現(xiàn)語言.標(biāo)準(zhǔn)層次結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)比較完整的來講,共有七個(gè)局部:定義了車上電子控制單元應(yīng)程序的標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)接口。:定義車上網(wǎng)絡(luò)任務(wù)間通訊協(xié)議,典型的車上網(wǎng)絡(luò)是控制器域網(wǎng)絡(luò)。:定義管理車上網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議,主要功能是確定網(wǎng)絡(luò)中哪個(gè)是活潑的。:定義接口,告知操作系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)信息。:實(shí)現(xiàn)語言,用于整個(gè)系統(tǒng)的系統(tǒng)配置和生成描述。:定義應(yīng)用程序的時(shí)間性約束。:定義有時(shí)間保證的通訊協(xié)議,被看作的一個(gè)局部。而其最核心的組成局部,是、,當(dāng)前的國際認(rèn)證測(cè)試也是針對(duì)這三個(gè)局部的,同時(shí)作為整個(gè)系統(tǒng)配置和生成的標(biāo)準(zhǔn),是所有符合標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)進(jìn)行信息交互的根底,也是不可缺少的一個(gè)局部。.操作系統(tǒng)局部.操作

27、系統(tǒng)的要求嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性特征:必須支持事件驅(qū)動(dòng)的控制系統(tǒng)。標(biāo)準(zhǔn)接口:提供統(tǒng)一的效勞為各類汽車電子控制軟件的開發(fā)提供標(biāo)準(zhǔn)接口,對(duì)于運(yùn)行在各類芯片上的不同 而言,這些接口都是相同的。可擴(kuò)展性: 本身必須具備高度的模塊化和可配置性,使操作系統(tǒng)既能支持低端的微處理器又能支持復(fù)雜的控制單元,并支持在大多數(shù)硬件上的實(shí)時(shí)性應(yīng)用。定義“一致類 以及為應(yīng)用程序進(jìn)行系統(tǒng)的定制,以滿足這些需求。不同的一致類,不同的調(diào)度機(jī)制以及不同的配置特征能使 支持廣泛的應(yīng)用和硬件。最簡(jiǎn)單的情況下,只需要很少的硬件資源,并可以在位處理器上運(yùn)行。應(yīng)用軟件可移植性:移植性是指應(yīng)用軟件在不需要很大改動(dòng)的情況下從一個(gè)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)上運(yùn)行。標(biāo)準(zhǔn)

28、的一個(gè)目標(biāo)就是支持系統(tǒng)的移植以及應(yīng)用軟件的重用。岡此,庶用軟件和操作系統(tǒng)的接口被定義為標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)效勞。應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)效勞能減少維護(hù)和移植應(yīng)用軟件的投入,以及開發(fā)的費(fèi)用。操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)接口將在源代碼層支持可移植性。為了更好的支持應(yīng)用程序的可移植性,標(biāo)準(zhǔn)定義一種表示標(biāo)準(zhǔn)配置信息的語言“,它支持對(duì)所有標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象如任務(wù),等的可移植性的描述。對(duì)汽車需求的特殊支持:的特殊要求來源于汽車電子控制軟件的應(yīng)用環(huán)境發(fā)展。列特征說明了需求,例如可靠性,實(shí)時(shí)性和對(duì)價(jià)格的敏感性:能被靜態(tài)的配置和擴(kuò)展。用戶靜態(tài)指導(dǎo)任務(wù)的數(shù)目,資源和效勞的需求。浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文標(biāo)準(zhǔn)支持在中實(shí)現(xiàn),比方,代碼能在中運(yùn)行。標(biāo)準(zhǔn)提供可預(yù)見的方式保證

29、操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)符合汽車的實(shí)時(shí)性要求。.操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)程級(jí)別作為獨(dú)立于應(yīng)用程序的平臺(tái),為應(yīng)用程序在處理器上運(yùn)行提供了環(huán)境。能控制多個(gè)并行的實(shí)時(shí)任務(wù)。為用戶提供了一個(gè)接口集。這些被一些競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)體所利用。有兩種類型的實(shí)體:由操作系統(tǒng)管理的中斷效勞程序和任務(wù)根本任務(wù)和擴(kuò)展任務(wù)。操作系統(tǒng)的效勞也能管理控制單元的硬件資源。對(duì)于應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)內(nèi)部來說,這些操作系統(tǒng)的效勞都通過特定的接口來調(diào)用。標(biāo)準(zhǔn)定義定義個(gè)進(jìn)程級(jí)別:中斷層用于調(diào)度的邏輯層任務(wù)層在任務(wù)層,任務(wù)由用戶指定的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)度。運(yùn)行環(huán)境在任務(wù)開始執(zhí)行的時(shí)刻被占有,在任務(wù)結(jié)束的時(shí)候被釋放。優(yōu)先級(jí)準(zhǔn)那么:中斷優(yōu)先級(jí)高于任務(wù)中斷層由一個(gè)或多個(gè)中斷

30、優(yōu)先級(jí)組成中斷效勞程序必須靜態(tài)指定中斷優(yōu)先級(jí)一中斷效勞程序的優(yōu)先級(jí)指定依賴于系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和硬件結(jié)構(gòu)在任務(wù)優(yōu)先級(jí)和資源優(yōu)先級(jí)置頂協(xié)議中,數(shù)值越大代表的優(yōu)先級(jí)越高一任務(wù)優(yōu)先級(jí)由用戶靜態(tài)的指定為了處理任務(wù)和中斷,進(jìn)程級(jí)別被定義成一系列連續(xù)的值。操作系統(tǒng)優(yōu)先級(jí)和硬件優(yōu)先級(jí)的匹配是具體操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)。一致類應(yīng)用軟件對(duì)系統(tǒng)的多樣的需求和具體結(jié)構(gòu)的多樣性都需要操作系統(tǒng)具備不同的特性。一致類是不能夠在運(yùn)行這些操作系統(tǒng)的屬性被稱為“一致類時(shí)被改變的。一致類支持以下目標(biāo):方便的提供操作系統(tǒng)特征,使得 更加易懂和便于討論。一在預(yù)定義條件下運(yùn)行局部實(shí)現(xiàn),這些局部實(shí)現(xiàn)能被認(rèn)定為符合標(biāo)準(zhǔn)。利用的相關(guān)屬性,在不改變應(yīng)用程序

31、的前提下,實(shí)現(xiàn)對(duì)功能較強(qiáng)或者功能較弱的升級(jí)。一致類由以下屬性所決定所有其他的特性都是可選的:任務(wù)啟動(dòng)的屢次請(qǐng)求,即一個(gè)任務(wù)是否可以被啟動(dòng)屢次任務(wù)類型,分為根本任務(wù)和擴(kuò)展任務(wù),通過狀態(tài)和支持事件來區(qū)分每個(gè)優(yōu)先級(jí)的任務(wù)個(gè)數(shù)中定義了四種一致類:只有根本任務(wù),每個(gè)任務(wù)只能有一個(gè)啟動(dòng)請(qǐng)求,每個(gè)優(yōu)先級(jí)只能有一個(gè)任務(wù),所有的任務(wù)都有不同的優(yōu)先級(jí)與類似,加上每個(gè)優(yōu)先級(jí)可以有多于一個(gè)的任務(wù),任務(wù)允許有多重啟動(dòng)請(qǐng)求浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文與類似,加上擴(kuò)展任務(wù)與類似,加上每個(gè)優(yōu)先級(jí)可以有多于一個(gè)的任務(wù),根本任務(wù)允許有多重啟動(dòng)請(qǐng)求.操作系統(tǒng)的功能提供一系列不同的效勞和進(jìn)程機(jī)制。在系統(tǒng)生成期間,用戶可以通過配置指令來定制操

32、作系統(tǒng)。而在運(yùn)行期間,操作系統(tǒng)是不能被修改的。四種可以實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)對(duì)不同功能和能力的需求。因此,用戶可以通過配置操作系統(tǒng)來控制任務(wù)和目標(biāo)硬件。的功能:任務(wù)管理任務(wù)的啟動(dòng)和結(jié)束任務(wù)狀態(tài)的管理,任務(wù)切換一同步資源管理:對(duì)。共享資源和設(shè)備不可分操作的訪問控制,對(duì)于程序流程的控制事件控制:基于任務(wù)同步的事件管理中斷管理中斷效勞過程一相對(duì)和絕對(duì),周期性事務(wù)內(nèi)部通信機(jī)制交換數(shù)據(jù)的效勞錯(cuò)誤處理在各種出錯(cuò)情況下給用戶支持的機(jī)制.通信局部通信簡(jiǎn)稱是汽車控制單元應(yīng)用軟件的統(tǒng)一通信環(huán)境。通過定義公共軟件通信接口以及依賴于使用的通信協(xié)議約定標(biāo)準(zhǔn)提高了應(yīng)用軟件模塊的可移植性。完整的通信包含內(nèi)部通信單個(gè)內(nèi)部通信和外部通信

33、網(wǎng)絡(luò)上不同之間通信。整個(gè)通信標(biāo)準(zhǔn)非常復(fù)雜,而內(nèi)部通信是外部通信的子集。在,版本及以后的標(biāo)準(zhǔn),任一個(gè)與標(biāo)準(zhǔn)兼容的操作系統(tǒng),必須支持標(biāo)準(zhǔn)的最小一致類。.目前符合標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)當(dāng)前,從匡】際市場(chǎng)來看,標(biāo)準(zhǔn)公布之后,在汽車行業(yè)引起了廣泛關(guān)注和實(shí)踐,越來越多的供應(yīng)商遵照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì),并使其產(chǎn)品通過了認(rèn)證,在后期的推“和廊用中成為標(biāo)準(zhǔn)的受益者之一,同時(shí)也極大的推動(dòng)了標(biāo)準(zhǔn)的開展,促進(jìn)了汽車電子控制軟件領(lǐng)域的艮足開展。從官方網(wǎng)站提供的認(rèn)證通過者名單來看,很多著名的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)廠商浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文都在其中。面簡(jiǎn)單列舉一些通過認(rèn)證的操作系統(tǒng):.是一個(gè)小型、快速、可靠、可擴(kuò)展的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),提供了一套

34、效勞來開發(fā)嵌入式應(yīng)用程序,為實(shí)時(shí)應(yīng)用程序提供快速背景切換時(shí)間。該操作系統(tǒng)占用極小和空間。公司網(wǎng)站:/.。.是操作系統(tǒng)的全面實(shí)現(xiàn),滿足所有一致類,多種調(diào)度算法,資源和事件管理,報(bào)警及用戶定義計(jì)數(shù)器。為了簡(jiǎn)化開發(fā), 配置器把用戶對(duì)對(duì)象的說明轉(zhuǎn)換為格式,繼而轉(zhuǎn)換為文件。主要以 寫成,以函數(shù)庫的形式實(shí)現(xiàn),只有應(yīng)用程序用到的局部才鏈接為可執(zhí)行映像,極易移植。公司網(wǎng)站:/.。.是一個(gè)多任務(wù)操作系統(tǒng),對(duì)微控制器上的使用有著最優(yōu)性能?；诠驹谖⒖刂破鞑僮飨到y(tǒng)和驅(qū)動(dòng)程序上的多年經(jīng)驗(yàn),的出現(xiàn)代表了更小、穩(wěn)定的操作系統(tǒng)內(nèi)核。是一個(gè)靜態(tài)操作系統(tǒng),小而快,是完全搶先型操作系統(tǒng),提供控制優(yōu)先級(jí)的任務(wù)管理和不同的同步機(jī)制

35、,支持基于時(shí)間和基于事件的體系。靈活的中斷概念令在中斷效勞程序里也可使用系統(tǒng)效勞。公司網(wǎng)站:/.。.提供了模塊性、性能和靈活性的獨(dú)特的結(jié)臺(tái)。其高度模塊化的體系令用戶可限制應(yīng)用程序所使用的效勞,優(yōu)化存儲(chǔ)器使用率。對(duì)特定對(duì)象,如任務(wù),可根據(jù)不同/類進(jìn)行裁剪,令,需求到達(dá)最小。調(diào)度策略以任務(wù)和資源的優(yōu)先級(jí)排列,用戶可在其中選擇,配合以事件和中斷處理程序的適當(dāng)使用,來優(yōu)化應(yīng)用程序速度。公司網(wǎng)站:/.。.是一個(gè)硬實(shí)時(shí)系統(tǒng),在過去幾年里,已經(jīng)在汽車行業(yè)多個(gè)大規(guī)模生產(chǎn)工程里證實(shí)其可靠性。為提高移植性以函數(shù)庫的形式實(shí)現(xiàn)。公司網(wǎng)站:/./。.實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)不只可用于汽車工業(yè),而且可用于任何資源受限的系統(tǒng),操作系統(tǒng)

36、中的資源數(shù)目是靜態(tài)提供的,只依賴于應(yīng)用程序的需求。其突出性能包括可移植性,圖形配置環(huán)境和自動(dòng)代碼生成。已經(jīng)被廣泛使用于汽車工業(yè),已經(jīng)整合/。到寶馬系列的大局部控制設(shè)備里。公司網(wǎng)站:/.是汽車工業(yè)的第一個(gè)全面可分析,確.定性的,符合標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。是一個(gè)高效,可裁剪的單堆棧操作系統(tǒng),采用最后期限單調(diào)分析理論來執(zhí)行四種嚴(yán)格評(píng)估:可調(diào)度性分析,靈敏性分析,優(yōu)先級(jí)分配,能量使用率最小化,消除了采用常規(guī)操作系統(tǒng)時(shí)引入時(shí)間故障的危險(xiǎn)。公司網(wǎng)站:/./。浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章系統(tǒng)設(shè)計(jì).系統(tǒng)概述操作系統(tǒng)由內(nèi)核和通信系統(tǒng)組成,其中操作系統(tǒng)內(nèi)核的主要局部有:任務(wù)管理:主要包括任務(wù)的啟動(dòng)和結(jié)束,任務(wù)狀態(tài)的管

37、理,任務(wù)切換。同步機(jī)制:操作系統(tǒng)支持兩種類型的任務(wù)同步,即資源管理和事件控制。中斷管理:處理外圍硬件產(chǎn)生的中斷。;管理相對(duì)和絕對(duì)。消息處理機(jī)制:即處理器內(nèi)部交換數(shù)據(jù)的效勞。本人在開發(fā)過程中,主要負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了任務(wù)管理,同步機(jī)制和中斷管理這三個(gè)核心模塊。內(nèi)核也可以稱為核心子系統(tǒng),內(nèi)核是操作系統(tǒng)中的一個(gè)概念,它是操作系統(tǒng)可以運(yùn)行的最小配置單位的集合。在此之上,可以相應(yīng)的添加一些目標(biāo)開發(fā)系統(tǒng)所需要的模塊,比如通訊模塊、設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊、網(wǎng)絡(luò)管理模塊等等。的整體結(jié)構(gòu)如下:圖?整體結(jié)構(gòu)圖分為兩大局部,第一為局部,此局部包含了為應(yīng)用提供的各類,其中包含了任務(wù)管理機(jī)制、資源管理機(jī)制、機(jī)制、機(jī)制、中斷處理機(jī)制、

38、內(nèi)部通信機(jī)制、錯(cuò)誤處理機(jī)制。我們又可以對(duì)這一局部劃分為兩個(gè)子系統(tǒng),其一為內(nèi)核子系統(tǒng),這個(gè)子系統(tǒng)提供應(yīng)應(yīng)用最小的可以運(yùn)行的子集,這個(gè)可以對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)的一致類定義;其二為通訊子系統(tǒng),此系統(tǒng)對(duì)內(nèi)核子系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展,這個(gè)可以對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)中的一致類和一致類定義。第二為 局部,此局部包含了提供應(yīng)用戶的開發(fā)工具集,包含了運(yùn)行追蹤工具、解析配置工具、任務(wù)調(diào)度分析工具、調(diào)試編譯工浙江大學(xué)碩學(xué)位論文具。有了這些工具集,用戶就可以在此根底上很方便地進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)。的設(shè)計(jì)需求如:.嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性特征:必須支持事件驅(qū)動(dòng)的控制系統(tǒng)。.標(biāo)準(zhǔn)接口:提供統(tǒng)一的效勞為各類車控應(yīng)用軟件的開發(fā)提供標(biāo)準(zhǔn)接口,對(duì)于運(yùn)行在各類芯片上的不同符合標(biāo)準(zhǔn)

39、的操作系統(tǒng)而言,這些接口都是相同的。.可擴(kuò)展性:本身必須具備高度的模塊化和可配置性,使操作系統(tǒng)既能支持低端微處理器又能支持復(fù)雜的控制單元.并支持在大多數(shù)硬件上的實(shí)時(shí)生應(yīng)用。定義“一致類以及為應(yīng)用程序進(jìn)行系統(tǒng)的定制,以滿足這些需求。不同的一致類,不同的調(diào)度機(jī)制以及不同的配置特征能使支持廣泛的應(yīng)用和硬件。最簡(jiǎn)單的情況下,只需要很少的硬件資源,并可以在位處理器上運(yùn)行。.應(yīng)用軟件可移植性:移植性是指應(yīng)用軟件在不需要很人改動(dòng)的情況下從一個(gè)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)上運(yùn)行。標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)目標(biāo)就是支持系統(tǒng)的移植以及應(yīng)用軟件的重用。因此,應(yīng)用軟件和操作系統(tǒng)的接口被定義為標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)效勞。應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)效勞能減少維護(hù)和移植應(yīng)用軟件的投

40、入,以及開發(fā)的費(fèi)用。操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)接口將在源代碼層支持可移植性。為了更好的支持應(yīng)用程序的可移植性,標(biāo)準(zhǔn)定義一種表示標(biāo)準(zhǔn)配置信息的語言“,它支持對(duì)所有標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象如任務(wù),等的可移植性的描述。.對(duì)汽車需求的特殊支持:的特殊要求來源于車控軟件的應(yīng)用環(huán)境開展。下列特征說明了需求,例如可靠性,實(shí)時(shí)性和對(duì)價(jià)格的敏感性:能被靜態(tài)的配置和擴(kuò)展。用戶靜態(tài)配置任務(wù)的數(shù)目,資源和效勞的需求。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)支持能在中實(shí)現(xiàn),比方,代碼能在中運(yùn)行。提供可預(yù)見的方式保證操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)符合汽車的實(shí)時(shí)性要求。.操作系統(tǒng)任務(wù)管理模塊復(fù)雜控制軟件能夠根據(jù)他們的實(shí)時(shí)需求被細(xì)分成幾個(gè)局部執(zhí)行。這些局部能夠通過任務(wù)的方式實(shí)現(xiàn)。一個(gè)任務(wù)提供了功能執(zhí)行

41、的框架。操作系統(tǒng)提供了任務(wù)的并發(fā)和異步執(zhí)行。調(diào)度器負(fù)責(zé)組織任務(wù)的執(zhí)行順序。操作系統(tǒng)提供了一個(gè)任務(wù)切換機(jī)制,包括一個(gè)在其他系統(tǒng)或應(yīng)用功能被激活之前就已經(jīng)存在的機(jī)制。這個(gè)機(jī)制被稱為空閑機(jī)制。里面實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)不同的關(guān)于任務(wù)的概念:根本任務(wù) 擴(kuò)展任務(wù) 根本任務(wù)有三個(gè)任務(wù)狀態(tài):就緒、運(yùn)行、掛起。根本任務(wù)在下面三種情況釋放處理器資源:任務(wù)結(jié)束的時(shí)候操作系統(tǒng)切換到一個(gè)擁有較高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)中斷發(fā)生導(dǎo)致處理器切換到中斷效勞程序擴(kuò)展任務(wù)有四個(gè)任務(wù)狀態(tài):就緒、運(yùn)行、等待、掛起。擴(kuò)展任務(wù)與根本任務(wù)的區(qū)別在于擴(kuò)展任務(wù)可以調(diào)用操作系統(tǒng)提供的系統(tǒng)調(diào)用而改變自己的狀態(tài)到等待狀態(tài)。在不需要結(jié)束正在運(yùn)行的擴(kuò)展任務(wù)的情況下,等待狀態(tài)

42、允許處理器被釋放并且可以被其他任務(wù)所搶占。根本任務(wù)和擴(kuò)展任務(wù)的狀態(tài)模型分別如圖和所示,其中狀態(tài);:浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文一運(yùn)行:在運(yùn)行狀態(tài),被分配給改任務(wù),它的指令被執(zhí)行。在任何時(shí)刻,只有一個(gè)任務(wù)能出于該狀態(tài),其他狀態(tài)多可以被多個(gè)任務(wù)同時(shí)采用。一就緒:任務(wù)具備轉(zhuǎn)換為運(yùn)行狀態(tài)的所有前提,只等待處理器的分配。任務(wù)調(diào)度器決定哪一個(gè)就緒任務(wù)將被執(zhí)行。等待:一個(gè)任務(wù)由于等待至少一個(gè)事件而不能繼續(xù)執(zhí)行。掛起:在掛起狀態(tài),任務(wù)是被動(dòng)的并能被啟動(dòng)。圖根本任務(wù)狀態(tài)模型圖擴(kuò)展任務(wù)狀態(tài)模型根本任務(wù)沒有等待狀態(tài),所以同步點(diǎn)只有在任務(wù)開始和結(jié)束的時(shí)候。任何有內(nèi)部同步點(diǎn)分割的應(yīng)用必須用大于一個(gè)的根本任務(wù)來實(shí)現(xiàn)。根本任務(wù)的優(yōu)

43、點(diǎn)在于運(yùn)行時(shí)不需要占用很多的資源。擴(kuò)展任務(wù)的優(yōu)點(diǎn)在于一個(gè)任務(wù)能處理連貫的工作,而無論哪個(gè)同步請(qǐng)求時(shí)活潑的。如果當(dāng)前缺少繼續(xù)運(yùn)行的信息,擴(kuò)展任務(wù)就會(huì)被切換到等待狀態(tài)。而當(dāng)收到事件信號(hào)或者所需數(shù)據(jù)或事件得到更新,任務(wù)就會(huì)離開等待狀態(tài)。擴(kuò)展任務(wù)比根本任務(wù)有更多的同步點(diǎn)。應(yīng)用軟件對(duì)系統(tǒng)的多樣的需求弄具體結(jié)構(gòu)的多樣性都需要操作系統(tǒng)具備不同的特性。在下面的描述中,這些操作系統(tǒng)的屬性被稱為一致類“ 。一致類支持以下目標(biāo):浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文提供簡(jiǎn)明易懂的操作系統(tǒng)特征,使得操作系統(tǒng)更加易懂和便丁討論。一根據(jù)定義條件下運(yùn)行局部實(shí)現(xiàn),這些局部實(shí)現(xiàn)能被認(rèn)定為符合標(biāo)準(zhǔn)。利用的相關(guān)屬性,在不改變應(yīng)用程序的前提下,實(shí)現(xiàn)對(duì)

44、功能較弱的操作系統(tǒng)版本升級(jí)。中實(shí)現(xiàn)的一致類保證了實(shí)現(xiàn)的完整性。對(duì)于一個(gè)特殊應(yīng)用而言,系統(tǒng)的生成只需要連接那些系統(tǒng)效勞。一致類是不能夠在運(yùn)行時(shí)被改變的,一致類有以下屬性所決定:任務(wù)啟動(dòng)的屢次請(qǐng)求任務(wù)類型每個(gè)優(yōu)先級(jí)的任務(wù)數(shù),卜 ?/。.。 . 叫圖 的分類方法中實(shí)現(xiàn)了如下的一致類:一只有根本任務(wù),每個(gè)任務(wù)只能有一個(gè)啟動(dòng)請(qǐng)求,每個(gè)優(yōu)先級(jí)只能有一個(gè)任務(wù),所有的任務(wù)都有不同的優(yōu)先級(jí)與類似,加上擴(kuò)展任務(wù)在中,任務(wù)的優(yōu)先級(jí)是一個(gè)重要的屬性,調(diào)度器根據(jù)任務(wù)優(yōu)先級(jí)來決定在就緒任務(wù)集中那一個(gè)任務(wù)將被轉(zhuǎn)換到運(yùn)行狀態(tài)。任務(wù)的最低優(yōu)先級(jí)定義為。相應(yīng)的,值越大定義的優(yōu)先級(jí)越高。為了提高效率,不采用動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)管理。相應(yīng)的,

45、任務(wù)的優(yōu)先級(jí)只能靜態(tài)定義,比方,用戶不能在運(yùn)行時(shí)改變?nèi)蝿?wù)的優(yōu)先級(jí)。但是,在特定條件下,操作系統(tǒng)把任務(wù)的優(yōu)先級(jí)提的比原來高。圖給出了一個(gè)實(shí)現(xiàn)每個(gè)優(yōu)先級(jí)調(diào)度的一個(gè)例子。不用優(yōu)先級(jí)的多個(gè)任務(wù)處于就緒狀態(tài);例如,三個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)都為,一個(gè)優(yōu)先級(jí)為,一個(gè),加上兩個(gè)優(yōu)先級(jí)為的任務(wù)。任務(wù)等待的時(shí)間決定于它的請(qǐng)求順序,位于各隊(duì)列底部的時(shí)等待時(shí)間最長(zhǎng)的任務(wù)。處理器已經(jīng)處理并結(jié)束了一個(gè)任務(wù)。調(diào)度器選擇下一個(gè)被執(zhí)行的任務(wù)優(yōu)先級(jí),最高。在優(yōu)先級(jí)的任務(wù)被執(zhí)行以前,所有高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)必須離開運(yùn)行和就緒狀態(tài),如,啟動(dòng)離開隊(duì)列然后結(jié)束或轉(zhuǎn)換到等待狀態(tài)。浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文圖基于優(yōu)先級(jí)的調(diào)度以下的是決定執(zhí)行下一個(gè)任務(wù)的根本步驟

46、:.調(diào)度器查找在/狀態(tài)的所有任務(wù)。.從在/狀態(tài)的任務(wù)集中.調(diào)度器決定優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)集。.在/狀態(tài)并且具有最高的優(yōu)先級(jí)的任務(wù)集中,調(diào)度器找到最早的任務(wù)。要求支持三種類型的調(diào)度策略,即全搶占式調(diào)度,非搶占式調(diào)度和混合調(diào)度。全搶占式調(diào)度意味著,運(yùn)行的任務(wù)在任何時(shí)刻都可能由于高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)搶占,而被操作系統(tǒng)重新剝奪的執(zhí)行權(quán)利。當(dāng)高優(yōu)先級(jí)任務(wù)進(jìn)入就緒狀態(tài),全搶占式調(diào)度就把當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)轉(zhuǎn)換到就緒狀態(tài)。任務(wù)的運(yùn)行環(huán)境將被保存,使被搶占的任務(wù)能在被搶占點(diǎn)繼續(xù)。如圖,低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)并不耽誤高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的調(diào)度。圖全搶占式任務(wù)與全搶占式任務(wù)不同,非搶占式任務(wù)只在特定的調(diào)度點(diǎn)調(diào)用系統(tǒng)效勞來實(shí)現(xiàn)任務(wù)切換。非搶占式調(diào)度

47、對(duì)有時(shí)間要求的任務(wù)會(huì)有限制。特別是,一個(gè)較低優(yōu)先級(jí)就緒任務(wù)會(huì)影響較高優(yōu)先級(jí)任務(wù)在的啟動(dòng)。如圖,優(yōu)先級(jí)較低的任務(wù)使得優(yōu)先級(jí)較高的任務(wù)直到結(jié)束是才啟動(dòng)。浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文圖?非搶占式任務(wù)如果搶占式和非搶占式任務(wù)混合在一個(gè)系統(tǒng)中,產(chǎn)生了“混合搶占調(diào)度。這種調(diào)度策略依賴于當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)的搶占特性。如果運(yùn)行任務(wù)是非搶占的,那么采用非搶占式調(diào)度。如果運(yùn)行任務(wù)是搶占的,那么采用搶占式調(diào)度。通過定義任務(wù)組,操作系統(tǒng)允許多個(gè)任務(wù)采用搶占式和非搶占式的結(jié)合。當(dāng)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)不是組內(nèi)最高時(shí),這些任務(wù)運(yùn)行就如同非搶占式,只有當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)掛起或者等待的情況下才能發(fā)生調(diào)度。當(dāng)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)是組內(nèi)最高時(shí),這些任務(wù)的運(yùn)行就如同搶

48、占式。在全搶占式操作系統(tǒng)中定義非搶占式任務(wù)在以下情況下很有意義:一如果任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間比較少,和一次任務(wù)切換的時(shí)間相當(dāng)。如果需要節(jié)約用于保存任務(wù)環(huán)境的空間。如果任務(wù)具有特殊的關(guān)鍵應(yīng)用,不能搶占。許多應(yīng)用都是有很少幾個(gè)并行任務(wù)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行組成,使用搶占式系統(tǒng)就非常方便如果應(yīng)用包含許多有確定運(yùn)行時(shí)間的小任務(wù),那么采用非搶占式系統(tǒng)更有效。所以混合搶占調(diào)度作為一種折中的調(diào)度機(jī)制成為一種解決方案。.資源以及同步機(jī)制管理模塊在操作系統(tǒng)中,事件是由操作系統(tǒng)管理的對(duì)象。事件不是獨(dú)立的對(duì)象,而是被指派給擴(kuò)展任務(wù)。每個(gè)擴(kuò)展任務(wù)都有確定的事件數(shù)。這個(gè)任務(wù)稱為這些事件的所有者。一個(gè)單獨(dú)的事件由它的所有者和自身的名字所確

49、定。當(dāng)啟動(dòng)一個(gè)擴(kuò)展任務(wù)時(shí),這些事牛被操作系統(tǒng)去除。事件可以被它們所屬的擴(kuò)展任務(wù)用來傳遞二進(jìn)制信息,比方,中止時(shí)鐘信號(hào),資源的可用性,消息的回復(fù)等等?？梢岳酶鞣N選擇來控制事件,這決定于目標(biāo)任務(wù)是這個(gè)事件的所有者還是另一個(gè)任務(wù)并不要求是擴(kuò)展類型。所有任務(wù)都可以設(shè)置未處于掛起的擴(kuò)展任務(wù)的事件。只有所有者能把事件去除并等待事件的設(shè)置。事件是擴(kuò)展任務(wù)從等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換到就緒狀態(tài)的手段。操作系統(tǒng)提供設(shè)置,去除,查詢事件的效勞并等待事件的發(fā)生。在任何情況下,事件的接收者總是擴(kuò)展任務(wù)。相應(yīng)的,中斷或是根本任務(wù)是不可能等待一個(gè)事件的。擴(kuò)展任務(wù)只能自己來去除事件,根本任務(wù)就不能使用操作系統(tǒng)的效勞來去除事件。如果一個(gè)

50、擴(kuò)展任務(wù)等待的至少一個(gè)事件發(fā)生,該任務(wù)就可以從等待狀態(tài)轉(zhuǎn)到就緒狀態(tài)。如果一個(gè)運(yùn)行狀態(tài)的擴(kuò)展任務(wù)等待一個(gè)事件的發(fā)生并且該事件已經(jīng)發(fā)生,那么任務(wù)保存在運(yùn)行狀態(tài)。以下列圖解釋了全搶占調(diào)度中擴(kuò)展任務(wù)問通過設(shè)置事件同步,其中的優(yōu)先級(jí)較高。任務(wù)等待一個(gè)事件,任務(wù)設(shè)置了的事件,調(diào)度啟動(dòng)。結(jié)果是,從等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換到了就緒狀態(tài)。由于有較高的優(yōu)先級(jí),這就導(dǎo)致了一次任務(wù)切換,被搶占。重新設(shè)置這個(gè)事件。然,;彳,又等待這個(gè)事件,凋度器繼續(xù)執(zhí)行。浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文圖事件同步資源管理用來協(xié)調(diào)多個(gè)優(yōu)先級(jí)不同任務(wù)對(duì)共享資源的訪問,比方,管理實(shí)體調(diào)度器,程序序列,內(nèi)存,硬件等。對(duì)所有的一致類來說,資源管理都是強(qiáng)制的,能隨意的擴(kuò)

51、展,協(xié)調(diào)對(duì)并發(fā)任務(wù)和中斷的訪問。主要能保證:兩個(gè)任務(wù)不能在同一時(shí)刻占有相同的資源不會(huì)發(fā)生優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)使用資源時(shí)不會(huì)發(fā)生死鎖使用資源不會(huì)導(dǎo)致等待狀態(tài)操作系統(tǒng)管理的資源同步中,常遇到的兩個(gè)典型問題是優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)和死錟。優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)意味著低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)會(huì)延遲高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間。以下列圖說明了兩個(gè)任務(wù)共同訪問一個(gè)信號(hào)量的順序。全搶占式系統(tǒng),任務(wù)有較高的優(yōu)先級(jí)任務(wù)優(yōu)先級(jí)較低,占有信號(hào)量。搶占并請(qǐng)求相同的信號(hào)量。由于信號(hào)量已經(jīng)被占據(jù)。進(jìn)入等待狀態(tài)。這時(shí),低優(yōu)先級(jí)的被一個(gè)優(yōu)先級(jí)在和之間的任務(wù)中斷并搶占。只有在低優(yōu)先級(jí)任務(wù)完成后才能執(zhí)行,因?yàn)樾盘?hào)量那時(shí)才能被釋放。雖然和不使用信號(hào)量,他們的運(yùn)行時(shí)間延遲了。圖優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)另一個(gè)在同步機(jī)制中的普遍