基于OSEK／VDX標準的Trampoline操作系統研究

摘要 介紹了基于OSEK／VDX標準的開(kāi)源嵌入式實(shí)時(shí)操作系統Trampoline，詳細分析了該操作系統內核調度、任務(wù)管理和中斷管理的實(shí)現機制，并指出了Trampoline為實(shí)現高可移植性、小內存的設計目標時(shí)對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平臺上使用Trampoline開(kāi)發(fā)應用程序的方法。
關(guān)鍵詞 OSEK／VDX Trampoline 任務(wù)調度 任務(wù)管理 中斷管理

1 OSEK操作系統研究現狀及相關(guān)工作
OSEK／VDX標準產(chǎn)生以后，很多操作系統供應商對其進(jìn)行研究，并實(shí)現了商業(yè)化，例如國外Elektrobit Auto―motive、 Accelerated Techno1ogy、 dSPACE、 ETAS、Metrowerks、Hitex、iSYSTEM、Lauterbach Datentechnik、Vector、WindRiver等公司。這些公司的OSEK操作系統產(chǎn)品都通過(guò)了OSEK官方認證，并提供了配套的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境來(lái)方便應用程序的開(kāi)發(fā)。
國內依據0SEK／VDX開(kāi)發(fā)的操作系統內核，大部分參考了μC／OS操作系統內核的設計或者是在它的基礎上修改的，也有在Linux的基礎上修改的。國內OSEK操作系統配套的集成開(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。因此目前國內對OSEK標準的研究和應用還處于初級階段。
由于購買(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操作系統來(lái)滿(mǎn)足研究的需要?，F有的OSEK操作系統的開(kāi)源實(shí)現，有PICosl8，一個(gè)OSEK／VDX OS 2．1r1的部分實(shí)現。它專(zhuān)門(mén)為PICl8XXX系列微控制器設計，針對該系列微控制器硬件，特別是在內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時(shí)代碼修改量很大。另外還有openOSEK項目，但是該項目一直沒(méi)有開(kāi)發(fā)出正式發(fā)布的版本。
Trampoline主要是由法國通信研究所(IRCCyN)的實(shí)時(shí)系統組負責開(kāi)發(fā)的。它的源代碼是開(kāi)放的，能夠兼容OSEK／VDX OS 2．2．3標準(當前最新版本為1．1)。它目前還沒(méi)有通過(guò)OSEK／VDX的官方認證，因此只能說(shuō)它兼容OSEK標準，而不能說(shuō)它是通過(guò)OSEK認證的操作系統。Trampoline目前能夠在4個(gè)平臺上運行，分別是POSIX(包括Linux、Unix、Mac OS等)系列操作系統平臺、Infineon C166平臺、Freescale S12x平臺、Darwin／PowerPC平臺，其中在POSIX系列操作系統上運行時(shí)需要libpcl庫的支持。因此，即使沒(méi)有微控制器，也可以在常見(jiàn)的Linux／x86平臺上使用Trampoline。
要對整個(gè)OSEK／VDX標準進(jìn)行研究，對OSEK操作系統的研究是基礎。只有有了一個(gè)可以使用的OSEK操作系統，才能在它的基礎上進(jìn)行COM、NM及OIL標準的研究，才能進(jìn)行OSEK操作系統應用程序開(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平臺上運行，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標準研究的基礎。

2 OSEK OS及Trampoline分析
OSEK操作系統是一種單處理器操作系統，主要用于汽車(chē)電子的分布電子控制單元ECU(Electronic ControlUnit)上。
OSEK操作系統對不同版本OSEK操作系統提供的應用程序接口進(jìn)行了標準化，這樣，為一個(gè)OSEK操作系統設計的應用程序不用修改就可以移植到其他OSEK操作系統上運行。
為了使OSEK操作系統能夠在有不同計算能力(不同CPU、不同存儲容量)的ECU上運行，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)包括一組操作系統特性，代表一類(lèi)應用程序的需求，也包含了這些操作系統特性運行所需要的硬件需求。使用符合類(lèi)的概念既方便用戶(hù)根據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特性集合，也使得操作系統供應商可以先提供一部分操作系統，也就是先提供對部分符合類(lèi)的支持，然后再增加更多操作系統特性，支持其他符合類(lèi)，從而方便了操作系統的開(kāi)發(fā)。
OSEK操作系統是靜態(tài)配置的，而不是動(dòng)態(tài)生成的，用戶(hù)在系統生成階段能夠使用OIL語(yǔ)言對系統進(jìn)行配置，指定系統里使用多少個(gè)任務(wù)、使用哪些資源、需要調用哪些系統服務(wù)等。通過(guò)這種方式，用戶(hù)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資源。另外，由于系統是靜態(tài)生成的，既減少了動(dòng)態(tài)生成系統對象的開(kāi)銷(xiāo)，減少系統內存的使用，又可以使系統運行時(shí)的行為可預知，提高系統的可靠性和確定性。
由于OSEK操作系統是靜態(tài)生成的，系統運行時(shí)的很多信息在系統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)操作系統要少。它用OSEK PCP(Priority Ceiling Protoco1)協(xié)議來(lái)同步資源的并發(fā)訪(fǎng)問(wèn)，從而提供了任務(wù)與ISR之間及ISR與ISR之間共享資源的機制。另外，OSEK操作系統還提供了完善的錯誤處理機制，提高了系統的可靠性和容錯能力。