基于Simulink的OSEK嵌入式軟件開(kāi)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，生成嵌入式可執行文件。下面將model．mdl看作應用程序來(lái)討論。嵌入式應用程序主要完成兩類(lèi)任務(wù)，周期性任務(wù)和事件驅動(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，默認方式和自定義方式。默認方式下，TargetLink將模型中所有周期性的具有相同采樣時(shí)間的子系統劃歸為獨立任務(wù)，具有相同觸發(fā)源的觸發(fā)子系統結合在一起，要么和觸發(fā)源一起歸為同一任務(wù)，要么獨立成為新的任務(wù)。自定義方式下，用戶(hù)通過(guò)在子系統中添加特殊的“任務(wù)模塊”(見(jiàn)圖3中的“TaskA”、“Task B”、“Task C”)來(lái)任意地劃分任務(wù)。

鑒于本開(kāi)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，因此采用函數調用子系統(function-callsubsystem)作為獨立任務(wù)的標識，如圖4中的Task A和Task B模塊。同Simulink中其他離散模塊一樣，函數調用發(fā)生器有自己的采樣時(shí)間，用以表明該子系統被執行的頻度。模型中也會(huì )有一些其他模塊不在函數調用子系統內，如圖4中的定時(shí)模塊，以便與任務(wù)模塊相區分。圖4中ISR的部分采用觸發(fā)子系統，當觸發(fā)條件滿(mǎn)足時(shí)該子系統被執行。

3 軟件運行環(huán)境的開(kāi)發(fā)
3．1 OSEK順應性開(kāi)發(fā)
近來(lái)已有很多商業(yè)嵌入式操作系統符合OSEK規范，像Wind River的OSEKWorks、Elektrobit的Pro-OSEK，還有ETAS的RTA-OSEK。鑒于成本方面的考慮，采用內核源代碼開(kāi)放的μC／OS-II。
μC／0S-II和OSEK規范有許多共同點(diǎn)，比如都支持基于任務(wù)優(yōu)先級的占先式調度，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規范中的BCC2和ECC2順應等級都支持同一優(yōu)先級下的多個(gè)任務(wù)，而μC／OS-II僅支持同一優(yōu)先級下一個(gè)任務(wù)；OSEK規范對互斥資源的訪(fǎng)問(wèn)采用最高優(yōu)先級限度協(xié)議，而μC／0S-II采用互斥信號量機制。參考文獻[6]在基于μC／OS-II的OSEK順應性移植方面進(jìn)行了實(shí)際的開(kāi)發(fā)。本文采用修改過(guò)的μC／OS-II作為OSEK的一個(gè)操作系統實(shí)例，來(lái)討論模型的定時(shí)機制。
3．2 定時(shí)機制
Matlab／Simulink環(huán)境下RTw Embedded Coder默認采用多速率、多任務(wù)求解器來(lái)處理多采樣時(shí)間的模型。在生成的model．c文件中，有函數rate_monotonic_sehed-uler()。該函數用于維護調度計數器，處理模型中不同采樣時(shí)間模塊的運行順序。它實(shí)際上就是操作系統中經(jīng)常提到的單調執行率調度法(RMS)。
μC／OS-II中函數OSTickISR()提供時(shí)間基準服務(wù)，用于判斷任務(wù)等待以及超時(shí)。這個(gè)中斷服務(wù)程序通常由硬件計時(shí)器驅動(dòng)，中斷頻率在10～100 Hz。在函數0S-TickISR()中調用了OSTimeTick()用于處理任務(wù)等待。
函數OSTicklSR()的代碼見(jiàn)代碼段1：
OSTicklSR PROC INTERRUPT UCOS_OSTicklSR=Ox22

為了將兩者的定時(shí)策略相結合，可進(jìn)行兩處修改。第一，在μc／OS-II中保留函數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)間的最大公約數作為模型的時(shí)間基準。這樣可以最大限度地減小系統因周期性的時(shí)鐘中斷OS―TickISR()而造成的資源開(kāi)銷(xiāo)。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，即任務(wù)控制塊TCB中OSTCBPrio=0，這樣在每次產(chǎn)生任務(wù)調度時(shí)都能確保該任務(wù)獲得CPU使用權。該任務(wù)可理解為在圖4中的任務(wù)子系統和定時(shí)模塊之上的高一級的調度任務(wù)。其偽代碼見(jiàn)代碼段2(Pseudocode of added task High-

3．3 創(chuàng )建自定義驅動(dòng)模塊
圖1中軟件運行環(huán)境的自定義開(kāi)發(fā)可以分為兩部分，一部分是實(shí)時(shí)操作系統的API驅動(dòng)庫的自定義開(kāi)發(fā)，另一部分是XCl64系列單片機的設備驅動(dòng)模塊開(kāi)發(fā)。兩者都可利用參考文獻[4]中提及的“自定義設備驅動(dòng)”來(lái)描述。在“自定義設備驅動(dòng)”的開(kāi)發(fā)中，開(kāi)發(fā)者通過(guò)Matlab提供的S一函數機制，為每個(gè)模塊需要手動(dòng)編寫(xiě)兩個(gè)源文件，即block．c和block．tlc。其中block．c負責在仿真階段進(jìn)行模塊初始化及模塊輸出的計算，同時(shí)在代碼生成階段通過(guò)函數mdlRTW為model．rtw傳遞所需的參數。文件block．C中出現的主要函數有：