基于OSEK／VDX標(biāo)準(zhǔn)的Trampoline操作系統(tǒng)研究

摘要 介紹了基于OSEK／VDX標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)源嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)Trampoline，詳細(xì)分析了該操作系統(tǒng)內(nèi)核調(diào)度、任務(wù)管理和中斷管理的實(shí)現(xiàn)機(jī)制，并指出了Trampoline為實(shí)現(xiàn)高可移植性、小內(nèi)存的設(shè)計(jì)目標(biāo)時(shí)對(duì)0SEK任務(wù)管理和中斷管理所作的優(yōu)化。最后，給出了在Linux／x86平臺(tái)上使用Trampoline開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序的方法。
關(guān)鍵詞 OSEK／VDX Trampoline 任務(wù)調(diào)度 任務(wù)管理 中斷管理

1 OSEK操作系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及相關(guān)工作
OSEK／VDX標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生以后，很多操作系統(tǒng)供應(yīng)商對(duì)其進(jìn)行研究，并實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，例如國(guó)外Elektrobit Auto―motive、 Accelerated Techno1ogy、 dSPACE、 ETAS、Metrowerks、Hitex、iSYSTEM、Lauterbach Datentechnik、Vector、WindRiver等公司。這些公司的OSEK操作系統(tǒng)產(chǎn)品都通過(guò)了OSEK官方認(rèn)證，并提供了配套的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境來(lái)方便應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。
國(guó)內(nèi)依據(jù)0SEK／VDX開(kāi)發(fā)的操作系統(tǒng)內(nèi)核，大部分參考了μC／OS操作系統(tǒng)內(nèi)核的設(shè)計(jì)或者是在它的基礎(chǔ)上修改的，也有在Linux的基礎(chǔ)上修改的。國(guó)內(nèi)OSEK操作系統(tǒng)配套的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境很少，目前有浙江大學(xué)開(kāi)發(fā)的SmartIDE、清華大學(xué)開(kāi)發(fā)的清華車(chē)用集成開(kāi)發(fā)環(huán)境等，其他的基本上沒(méi)有配套的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。因此目前國(guó)內(nèi)對(duì)OSEK標(biāo)準(zhǔn)的研究和應(yīng)用還處于初級(jí)階段。
由于購(gòu)買(mǎi)商業(yè)化的OSEK需要大量資金，并且很多時(shí)候不能獲取源代碼，因此希望有一些開(kāi)源OSEK操作系統(tǒng)來(lái)滿足研究的需要?，F(xiàn)有的OSEK操作系統(tǒng)的開(kāi)源實(shí)現(xiàn)，有PICosl8，一個(gè)OSEK／VDX OS 2．1r1的部分實(shí)現(xiàn)。它專(zhuān)門(mén)為PICl8XXX系列微控制器設(shè)計(jì)，針對(duì)該系列微控制器硬件，特別是在內(nèi)存使用方面作了高度優(yōu)化。但是，它的定制能力很差，并且移植到其他平臺(tái)時(shí)代碼修改量很大。另外還有openOSEK項(xiàng)目，但是該項(xiàng)目一直沒(méi)有開(kāi)發(fā)出正式發(fā)布的版本。
Trampoline主要是由法國(guó)通信研究所(IRCCyN)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)組負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)的。它的源代碼是開(kāi)放的，能夠兼容OSEK／VDX OS 2．2．3標(biāo)準(zhǔn)(當(dāng)前最新版本為1．1)。它目前還沒(méi)有通過(guò)OSEK／VDX的官方認(rèn)證，因此只能說(shuō)它兼容OSEK標(biāo)準(zhǔn)，而不能說(shuō)它是通過(guò)OSEK認(rèn)證的操作系統(tǒng)。Trampoline目前能夠在4個(gè)平臺(tái)上運(yùn)行，分別是POSIX(包括Linux、Unix、Mac OS等)系列操作系統(tǒng)平臺(tái)、Infineon C166平臺(tái)、Freescale S12x平臺(tái)、Darwin／PowerPC平臺(tái)，其中在POSIX系列操作系統(tǒng)上運(yùn)行時(shí)需要libpcl庫(kù)的支持。因此，即使沒(méi)有微控制器，也可以在常見(jiàn)的Linux／x86平臺(tái)上使用Trampoline。
要對(duì)整個(gè)OSEK／VDX標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，對(duì)OSEK操作系統(tǒng)的研究是基礎(chǔ)。只有有了一個(gè)可以使用的OSEK操作系統(tǒng)，才能在它的基礎(chǔ)上進(jìn)行COM、NM及OIL標(biāo)準(zhǔn)的研究，才能進(jìn)行OSEK操作系統(tǒng)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)、汽車(chē)電子集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的開(kāi)發(fā)等方面的研究。Trampoline能夠在Linux平臺(tái)上運(yùn)行，并且有一個(gè)可用的GOIL OIL文件解析器，可以作為進(jìn)行OSEK／VDX標(biāo)準(zhǔn)研究的基礎(chǔ)。

2 OSEK OS及Trampoline分析
OSEK操作系統(tǒng)是一種單處理器操作系統(tǒng)，主要用于汽車(chē)電子的分布電子控制單元ECU(Electronic ControlUnit)上。
OSEK操作系統(tǒng)對(duì)不同版本OSEK操作系統(tǒng)提供的應(yīng)用程序接口進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，這樣，為一個(gè)OSEK操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的應(yīng)用程序不用修改就可以移植到其他OSEK操作系統(tǒng)上運(yùn)行。
為了使OSEK操作系統(tǒng)能夠在有不同計(jì)算能力(不同CPU、不同存儲(chǔ)容量)的ECU上運(yùn)行，OSEK定義了4個(gè)符合類(lèi)，分別是BCCl、ECCl、BCC2、ECC2。每一個(gè)符合類(lèi)包括一組操作系統(tǒng)特性，代表一類(lèi)應(yīng)用程序的需求，也包含了這些操作系統(tǒng)特性運(yùn)行所需要的硬件需求。使用符合類(lèi)的概念既方便用戶根據(jù)自己的需求及自己的硬件條件來(lái)選擇符合自己需要的操作系統(tǒng)特性集合，也使得操作系統(tǒng)供應(yīng)商可以先提供一部分操作系統(tǒng)，也就是先提供對(duì)部分符合類(lèi)的支持，然后再增加更多操作系統(tǒng)特性，支持其他符合類(lèi)，從而方便了操作系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。
OSEK操作系統(tǒng)是靜態(tài)配置的，而不是動(dòng)態(tài)生成的，用戶在系統(tǒng)生成階段能夠使用OIL語(yǔ)言對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行配置，指定系統(tǒng)里使用多少個(gè)任務(wù)、使用哪些資源、需要調(diào)用哪些系統(tǒng)服務(wù)等。通過(guò)這種方式，用戶可以選擇需要的部分，裁剪掉不需要的，以減少不必要的系統(tǒng)資源。另外，由于系統(tǒng)是靜態(tài)生成的，既減少了動(dòng)態(tài)生成系統(tǒng)對(duì)象的開(kāi)銷(xiāo)，減少系統(tǒng)內(nèi)存的使用，又可以使系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的行為可預(yù)知，提高系統(tǒng)的可靠性和確定性。
由于OSEK操作系統(tǒng)是靜態(tài)生成的，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的很多信息在系統(tǒng)生成階段就可以確定，于是它提供的任務(wù)間同步和通信方法比其他常用的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)要少。它用OSEK PCP(Priority Ceiling Protoco1)協(xié)議來(lái)同步資源的并發(fā)訪問(wèn)，從而提供了任務(wù)與ISR之間及ISR與ISR之間共享資源的機(jī)制。另外，OSEK操作系統(tǒng)還提供了完善的錯(cuò)誤處理機(jī)制，提高了系統(tǒng)的可靠性和容錯(cuò)能力。