開放實時嵌入式軟件平臺TOPPERS的研究現(xiàn)狀

摘要：嵌入式系統(tǒng)開發(fā)趨勢之一是基于平臺的開發(fā)，包括硬件平臺和軟件平臺。開放實時嵌入式軟件平臺TOPPERS(Toyohashi Open Platfo rm for Embedded Real-time System)是一個包含多種嵌入式實時操作系統(tǒng)、中間件以及軟件開發(fā)工具在內(nèi)的，可用于多個領域的綜合性平臺。本文介紹了TOPPERS的歷史、現(xiàn)狀及其下一個十年的發(fā)展計劃和目標，以及TOPPERS在國內(nèi)的發(fā)展情況和目前基于TOPPERS成果正在進行的工作。
關鍵詞：實時操作系統(tǒng)；TOPPERS；ITRON；軟件平臺；嵌入式系統(tǒng)

引言
開放實時嵌入式軟件平臺TOPPERS(Toyohashi Open Platform for Embedded Real-time System)為一個包含多種嵌入式實時操作系統(tǒng)、中間件以及軟件開發(fā)工具在內(nèi)的，可用于多個領域的綜合性平臺。本文對TOPPERS的發(fā)展歷史、研究現(xiàn)狀和下一個十年的發(fā)展計劃和目標進行了介紹和分析，一方面可以使TOPPERS的發(fā)展成果能夠被更廣泛地分享；另一方面為國內(nèi)類似嵌入式軟件平臺的發(fā)展提供參考。TOPPERS的主要特色在于具有高質量的設計和較完善的體系，開放源代碼，可免費使用，靈活的許可證使得其在商業(yè)應用上限制較少。

1 TOPPERS的歷史
TOPPERS的歷史并不長，但其起點是具有20多年歷史的TRON(The Real-time Operating system Nucleus)和ITRON(Industrial TRON)項目。ITRON規(guī)范為一系列關于實時操作系統(tǒng)的開發(fā)規(guī)范，而不是一個具體的實時操作系統(tǒng)的實現(xiàn)，迄今共發(fā)布4個版本。任何組織或者個人都可以按照ITRON規(guī)范開發(fā)自己的實時操作系統(tǒng)。ITRON規(guī)范的開放性和弱標準性使其取得了巨大的成功，在日本已經(jīng)成為事實上的工業(yè)標準。
但也正是因為ITRON規(guī)范的弱標準性，符合ITRON規(guī)范的實時操作系統(tǒng)版本彼此之間不能完全兼容，帶來了過剩的多樣性，造成過多重復開發(fā)。另外，隨著嵌入式系統(tǒng)越發(fā)復雜，除了實時操作系統(tǒng)內(nèi)核，其他中間件如文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡協(xié)議棧、設備驅動框架等也越發(fā)重要，而在這些方面，ITRON規(guī)范是比較薄弱的。
為了解決上述問題，適應未來嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢，ITRON的發(fā)展在兩個方向上繼續(xù)進行，一個是由坂村健教授主導的T-Engine，另一個便是TOPPERS。TOPPERS和T-Engine不同點在于TOPPERS是以μITRON4．0規(guī)范為基礎，主要針對硬實時系統(tǒng)，專注于工業(yè)控制領域，如汽車電子等；T-Engine由硬件上的T-Engine規(guī)范和軟件上的以T-Kernel為代表的一系列實時內(nèi)核以及相應的中間件這兩大部分組成。

2 TOPPERS的現(xiàn)狀
最近一次ITRON規(guī)范的發(fā)布要上溯至1999年的μITRON4．0規(guī)范。進入新世紀后，一方面嵌入式系統(tǒng)相關技術的發(fā)展日新月異；另一方面ITRON規(guī)范十多年未作更新，已經(jīng)無法滿足未來嵌入式系統(tǒng)應用的需求。因此，從2006年開始，TOPPERS協(xié)會在μITRON4．0規(guī)范基礎之上開始制定新一代實時內(nèi)核規(guī)范并加以實現(xiàn)，其大致路線圖如圖1所示。到2011年為止，該路線圖中的絕大部分目標都已經(jīng)達成，產(chǎn)生一大批成果，并且在消費電子和汽車電子等領域中得到廣泛應用。