基于Simulink的OSEK嵌入式軟件開發(fā)方法

對于生成的源代碼可對其手動(dòng)添加需要的ISR，或者整合一些成熟的C算法代碼，然后在Keil環(huán)境下進(jìn)行編譯，生成嵌入式可執(zhí)行文件。下面將model．mdl看作應(yīng)用程序來討論。嵌入式應(yīng)用程序主要完成兩類任務(wù)，周期性任務(wù)和事件驅(qū)動(dòng)型任務(wù)。后者通常以ISR處理。
為了使Simulink模型能在RTOS中執(zhí)行，必須將其劃分成不同的任務(wù)。Targetlink中的任務(wù)劃分如圖3所示。TargetLink有兩種劃分方式，默認(rèn)方式和自定義方式。默認(rèn)方式下，TargetLink將模型中所有周期性的具有相同采樣時(shí)間的子系統(tǒng)劃歸為獨(dú)立任務(wù)，具有相同觸發(fā)源的觸發(fā)子系統(tǒng)結(jié)合在一起，要么和觸發(fā)源一起歸為同一任務(wù)，要么獨(dú)立成為新的任務(wù)。自定義方式下，用戶通過在子系統(tǒng)中添加特殊的“任務(wù)模塊”(見圖3中的“TaskA”、“Task B”、“Task C”)來任意地劃分任務(wù)。

鑒于本開發(fā)是基于Matlab中針對OSEK／VDX的嵌入式對象模塊，TargetLink中的任務(wù)劃分方式不能被直接移植，因此采用函數(shù)調(diào)用子系統(tǒng)(function-callsubsystem)作為獨(dú)立任務(wù)的標(biāo)識(shí)，如圖4中的Task A和Task B模塊。同Simulink中其他離散模塊一樣，函數(shù)調(diào)用發(fā)生器有自己的采樣時(shí)間，用以表明該子系統(tǒng)被執(zhí)行的頻度。模型中也會(huì)有一些其他模塊不在函數(shù)調(diào)用子系統(tǒng)內(nèi)，如圖4中的定時(shí)模塊，以便與任務(wù)模塊相區(qū)分。圖4中ISR的部分采用觸發(fā)子系統(tǒng)，當(dāng)觸發(fā)條件滿足時(shí)該子系統(tǒng)被執(zhí)行。

3 軟件運(yùn)行環(huán)境的開發(fā)
3．1 OSEK順應(yīng)性開發(fā)
近來已有很多商業(yè)嵌入式操作系統(tǒng)符合OSEK規(guī)范，像Wind River的OSEKWorks、Elektrobit的Pro-OSEK，還有ETAS的RTA-OSEK。鑒于成本方面的考慮，采用內(nèi)核源代碼開放的μC／OS-II。
μC／0S-II和OSEK規(guī)范有許多共同點(diǎn)，比如都支持基于任務(wù)優(yōu)先級(jí)的占先式調(diào)度，都有很好的可移植性和可裁剪性。但也存在不同之處，比如OSEK規(guī)范中的BCC2和ECC2順應(yīng)等級(jí)都支持同一優(yōu)先級(jí)下的多個(gè)任務(wù)，而μC／OS-II僅支持同一優(yōu)先級(jí)下一個(gè)任務(wù)；OSEK規(guī)范對互斥資源的訪問采用最高優(yōu)先級(jí)限度協(xié)議，而μC／0S-II采用互斥信號(hào)量機(jī)制。參考文獻(xiàn)[6]在基于μC／OS-II的OSEK順應(yīng)性移植方面進(jìn)行了實(shí)際的開發(fā)。本文采用修改過的μC／OS-II作為OSEK的一個(gè)操作系統(tǒng)實(shí)例，來討論模型的定時(shí)機(jī)制。
3．2 定時(shí)機(jī)制
Matlab／Simulink環(huán)境下RTw Embedded Coder默認(rèn)采用多速率、多任務(wù)求解器來處理多采樣時(shí)間的模型。在生成的model．c文件中，有函數(shù)rate_monotonic_sehed-uler()。該函數(shù)用于維護(hù)調(diào)度計(jì)數(shù)器，處理模型中不同采樣時(shí)間模塊的運(yùn)行順序。它實(shí)際上就是操作系統(tǒng)中經(jīng)常提到的單調(diào)執(zhí)行率調(diào)度法(RMS)。
μC／OS-II中函數(shù)OSTickISR()提供時(shí)間基準(zhǔn)服務(wù)，用于判斷任務(wù)等待以及超時(shí)。這個(gè)中斷服務(wù)程序通常由硬件計(jì)時(shí)器驅(qū)動(dòng)，中斷頻率在10～100 Hz。在函數(shù)0S-TickISR()中調(diào)用了OSTimeTick()用于處理任務(wù)等待。
函數(shù)OSTicklSR()的代碼見代碼段1：
OSTicklSR PROC INTERRUPT UCOS_OSTicklSR=Ox22

為了將兩者的定時(shí)策略相結(jié)合，可進(jìn)行兩處修改。第一，在μc／OS-II中保留函數(shù)OSTickISR()，但是中斷頻率不是如代碼段1中所示的10 ms那樣的固定值，而對不同的應(yīng)用程序采用浮動(dòng)的中斷頻率。這里取model．mdl中所有采樣時(shí)間的最大公約數(shù)作為模型的時(shí)間基準(zhǔn)。這樣可以最大限度地減小系統(tǒng)因周期性的時(shí)鐘中斷OS―TickISR()而造成的資源開銷。第二，創(chuàng)建一個(gè)新任務(wù)HighstPrioTask()。該任務(wù)具有最高的優(yōu)先級(jí)，即任務(wù)控制塊TCB中OSTCBPrio=0，這樣在每次產(chǎn)生任務(wù)調(diào)度時(shí)都能確保該任務(wù)獲得CPU使用權(quán)。該任務(wù)可理解為在圖4中的任務(wù)子系統(tǒng)和定時(shí)模塊之上的高一級(jí)的調(diào)度任務(wù)。其偽代碼見代碼段2(Pseudocode of added task High-

3．3 創(chuàng)建自定義驅(qū)動(dòng)模塊
圖1中軟件運(yùn)行環(huán)境的自定義開發(fā)可以分為兩部分，一部分是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的API驅(qū)動(dòng)庫的自定義開發(fā)，另一部分是XCl64系列單片機(jī)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊開發(fā)。兩者都可利用參考文獻(xiàn)[4]中提及的“自定義設(shè)備驅(qū)動(dòng)”來描述。在“自定義設(shè)備驅(qū)動(dòng)”的開發(fā)中，開發(fā)者通過Matlab提供的S一函數(shù)機(jī)制，為每個(gè)模塊需要手動(dòng)編寫兩個(gè)源文件，即block．c和block．tlc。其中block．c負(fù)責(zé)在仿真階段進(jìn)行模塊初始化及模塊輸出的計(jì)算，同時(shí)在代碼生成階段通過函數(shù)mdlRTW為model．rtw傳遞所需的參數(shù)。文件block．C中出現(xiàn)的主要函數(shù)有：