基于OSEK標準的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統在汽車(chē)電子中的應用

引言
隨著(zhù)國內汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)的不斷升級和研發(fā)投入的不斷加大，國內生產(chǎn)的汽車(chē)電子，如簡(jiǎn)單的ECU已經(jīng)越來(lái)越普及，應用于車(chē)載音響、儀表、車(chē)身控制BCM、動(dòng)力轉向EPS等。越來(lái)越多的企業(yè)將精力投入到比較復雜的控制領(lǐng)域，比如發(fā)動(dòng)機控制，防抱死系統(ABS)等，對于這些邏輯復雜、實(shí)時(shí)性和安全性高的控制任務(wù)，傳統的前后臺系統模式非實(shí)時(shí)處理的弊端就越來(lái)越呈現出來(lái)，這就勢必需要用到實(shí)時(shí)操作系統來(lái)管理這些任務(wù)。
OSEK標準是1993年德國汽車(chē)工業(yè)界聯(lián)合推出的，“汽車(chē)電子的開(kāi)放式系統及接口軟件規范”，即OSEK(Open System and the Corres-ponding Interfaces for Automotive Electronics)。1994年法國汽車(chē)工業(yè)界的相似規范VDX(Vehicle Distributed Executive)和OSEK規范合并，從而形成OSEK／VDX規范體系。當前OSEK標準已經(jīng)成為汽車(chē)電子軟件開(kāi)發(fā)領(lǐng)域中的通用標準，旨在增強軟件代碼安全性、移植性，減少軟件開(kāi)發(fā)周期。
目前，市場(chǎng)上通用的開(kāi)源RTOS有很多，比如μC／OS-Ⅱ，FreeRTOS，Linux-2．6等，但是這些核多半是用于通用領(lǐng)域或者安全性要求不太高的領(lǐng)域，如果將這些移植到汽車(chē)電子動(dòng)力安全控制領(lǐng)域，是不太合適的；而且，這些核本身不是基于OSEK標準，如果引入OSEK標準，無(wú)疑加大了內核移植的難度。NEC電子的實(shí)時(shí)操作系統RX850是一款基于OSEK標準的汽車(chē)級專(zhuān)用RTOS，其內核的實(shí)時(shí)性已經(jīng)得到第三方的專(zhuān)業(yè)測試。它已經(jīng)被移植到了NEC芯片的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境PM Plus和Green Hills，客戶(hù)只需要在IDE(Integrated Develop Environment)中編寫(xiě)腳本文件來(lái)配置RTOS即可通過(guò)編譯，使得客戶(hù)從底層驅動(dòng)編寫(xiě)到RTOS任務(wù)調度輕松實(shí)現“無(wú)縫結合”，大大縮短了RTOS移植的開(kāi)發(fā)周期。本文建立了基于NEC電子32位車(chē)身專(zhuān)用芯片V850／Fx3的軟件平臺，并介紹了如何實(shí)現RX850操作系統的配置，以發(fā)動(dòng)機控制模塊為控制模型來(lái)實(shí)現多任務(wù)的實(shí)時(shí)調度，最后通過(guò)軟仿工具來(lái)分析該內核的效率和任務(wù)調度的實(shí)時(shí)性。

1 系統平臺介紹
本系統采用NEC電子的32位車(chē)身專(zhuān)用芯片V850／Fx3系列，V850是NEC電子的32位微處理器核，5級流水線(xiàn)控制，內部32個(gè)32位寄存器，乘法／除法指令，數據空間支持最大4 GB線(xiàn)性尋址能力，代碼空間支持64 MB線(xiàn)性尋址能力，內部1 MB的codeFLASH，60 KB的RAM空間，32 KB的data FLASH用作E2PROM模擬。
基于OSEK標準的RX850實(shí)時(shí)操作系統符合以下標準：操作系統規范(OSEKOS)、通信規范(OSEKCOM)、網(wǎng)絡(luò )管理規范(OSEKNM)和OSEK實(shí)現語(yǔ)言(OSEKOIL)。
其中OSEKOS是針對汽車(chē)應用特點(diǎn)而專(zhuān)門(mén)制定的一個(gè)小型RTOS規范，著(zhù)重以下幾個(gè)方面：
(1)可移植性，所有API都是標準化的并且在功能上都有明確的定義；
(2)可擴展性，OSEKOS旨在通用于任何類(lèi)型的ECU，因此一方面系統要高度的模塊化，另一方面又要能進(jìn)行靈活的配置；
(3)汽車(chē)應用的特定需求，諸如可靠性、實(shí)用性和代價(jià)敏感性等。
相應地，OSEKOS靜態(tài)配置可以通過(guò)OS2EKOIL語(yǔ)言實(shí)現，用戶(hù)在系統生成時(shí)靜態(tài)制定任務(wù)的個(gè)數、需要的資源和系統服務(wù)。OSEKCOM為通信網(wǎng)絡(luò )中的數據交換提供了標準的接口和協(xié)議。OSEKNM為監視網(wǎng)絡(luò )的流量提供了一組標準的功能函數，以保證網(wǎng)絡(luò )的安全性和可靠性。

2 RX850內核配置
由于RX850已經(jīng)被嵌入到IDE，因此用戶(hù)直接編寫(xiě)內核腳本文件即可，下面介紹如何來(lái)配置內核。
(1)系統時(shí)鐘設置
clkhdr INTTMOEQ0 ／／選定TimerM為時(shí)間片中斷源
(2)堆棧設置
RX850的堆棧分為系統堆棧和任務(wù)堆棧。
POOL0功能：系統基本表信息、準備隊列、每個(gè)管理塊、任務(wù)堆棧、中斷句柄堆棧(系統堆棧)、可變長(cháng)度內存、不變長(cháng)度內存。
POOL1功能：任務(wù)堆棧、中斷句柄堆棧(系統堆棧)、可變長(cháng)度內存、不變長(cháng)度內存。
POOL0和POOL1都可以作為任務(wù)堆棧，即使沒(méi)有POOL1也可以。配置如下：