基于OSEK／VDX標準的Trampoline操作系統研究
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Trampoline完全支持OSEK標準要求，實(shí)現了OSEK操作系統統一的API接口，支持靜態(tài)配置，支持4個(gè)符合類(lèi)，支持OSEK PCP協(xié)議。另外，Trampoline的設計還考慮到兩個(gè)方面――高可移植性和減少內存使用量。
為了達到高可移植性，Trampoline設計了一個(gè)硬件抽象層來(lái)隔離底層的硬件差異，把平臺有關(guān)的代碼與平臺無(wú)關(guān)的代碼進(jìn)行隔離。把Trampoline從一個(gè)目標平臺移植到另一個(gè)目標平臺，僅需要把與目標平臺有關(guān)的那部分代碼改寫(xiě)一下就可以了，硬件抽象層之上的那部分不用修改，這大大減少了操作系統移植的工作量。在Trampoline代碼的組織中，不同目標平臺代碼放在不同的文件中，分離得很清楚。與目標平臺有關(guān)的代碼，僅僅是任務(wù)上下文切換、操作系統初始化及一些與硬件相關(guān)的函數(中斷使能、睡眠模式等)代碼。這部分代碼量減到了最少。由于車(chē)載嵌入式系統中的微控制器RAM容量很小，一般從幾百字節到幾K字節，而增加RAM容量會(huì )增加產(chǎn)品的成本，在產(chǎn)品批量生產(chǎn)時(shí)往往會(huì )難以接受。Trampo―line在設計時(shí)盡量減少內存的使用，并優(yōu)化了任務(wù)管理和中斷管理的數據結構，把一部分不變的內容放到ROM中，以減少RAM的使用要求。
下面著(zhù)重分析Trampoline最核心的調度機制、任務(wù)管理、中斷管理的設計與實(shí)現。
2．1 調度機制
Trampoline使用靜態(tài)優(yōu)先級調度算法。在系統生成階段，用戶(hù)為每一個(gè)任務(wù)分配一個(gè)優(yōu)先級。在不同的符合類(lèi)下，優(yōu)先級與任務(wù)的對應關(guān)系不同。在BCCl和ECCl符合類(lèi)下，一個(gè)優(yōu)先級僅對應一個(gè)任務(wù)，不同的任務(wù)有不同的優(yōu)先級，任務(wù)之間不能共享優(yōu)先級；而在BCC2和ECC2符合類(lèi)下，一個(gè)優(yōu)先級可以對應多個(gè)任務(wù)，不同的任務(wù)可以共享同一個(gè)優(yōu)先級。任務(wù)有4種狀態(tài)：就緒狀態(tài)、等待狀態(tài)、掛起狀態(tài)(僅ECCl和ECC2符合類(lèi)下有)及運行狀態(tài)。
由于使用處于等待或者掛起狀態(tài)的任務(wù)時(shí)直接給出了該任務(wù)結構，因此Trampoline沒(méi)有使用數據結構來(lái)管理等待狀態(tài)和掛起狀態(tài)的任務(wù)；而對于就緒狀態(tài)的任務(wù)，在不同的符合類(lèi)下，Trampoline采用了兩種不同的數據結構來(lái)管理。由于在BCCl和ECCl符合類(lèi)下不同的任務(wù)有不同的優(yōu)先級，Trampoline使用一個(gè)簡(jiǎn)單的鏈表，按照任務(wù)的優(yōu)先級由高到低把就緒態(tài)任務(wù)描述符給連接起來(lái)；而在BCC2和ECC2符合類(lèi)下，幾個(gè)任務(wù)可以共享一個(gè)優(yōu)先級，Trampoline使用了一個(gè)任務(wù)子集鏈表數據結構來(lái)組織就緒任務(wù)。共享一個(gè)優(yōu)先級的任務(wù)組成了一個(gè)任務(wù)子集，它們也組成了一個(gè)鏈表。然后把不同子集的鏈表表頭按優(yōu)先級由高到低鏈接起來(lái)，組成了所有就緒任務(wù)的鏈表，如圖l所示。由于按照優(yōu)先級由高到低的順序來(lái)組織任務(wù)子集鏈表，因此最高優(yōu)先級的任務(wù)總是在鏈表頭部，這樣會(huì )使調度器能快速選取到最高優(yōu)先級的任務(wù)，但也會(huì )導致低優(yōu)先級任務(wù)選取得很慢。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/152492.htm
Trampoline使用一個(gè)tpl_running_task指針指向當前正在運行的任務(wù)。調度器管理著(zhù)就緒任務(wù)的集合，當重新調度發(fā)生時(shí)，從就緒任務(wù)集合中選取一個(gè)最高優(yōu)先級的任務(wù)來(lái)執行，并把它從就緒任務(wù)集合里刪除。然后，tpl_running_task指針指向該任務(wù)，并把任務(wù)的狀態(tài)由就緒態(tài)改為運行態(tài)。該任務(wù)將一直處在運行狀態(tài)，直到運行結束或一個(gè)系統服務(wù)阻塞了它的執行，或被一個(gè)更高優(yōu)先級任務(wù)搶占。另外，一個(gè)任務(wù)可以是不可搶占的。在這種情況下，它將一直占有CPU，直到運行結束(即使有一個(gè)更高優(yōu)先級就緒任務(wù)在等待)。Trampoline也支持使用任務(wù)組的結構來(lái)實(shí)現混合調度。在這種調度模式下，把所有就緒任務(wù)分成不同的任務(wù)組，同一個(gè)任務(wù)組里的任務(wù)之間是不可搶占的，但它可以被這個(gè)組外的更高優(yōu)先級任務(wù)搶占。
2．2 任務(wù)管理
Trampoline使用任務(wù)描述符結構(struct tpl_task)來(lái)管理任務(wù)的信息，其中包括系統運行時(shí)不斷變化的信息，如任務(wù)狀態(tài)、任務(wù)優(yōu)先級、任務(wù)的激活次數、任務(wù)的資源、
任務(wù)的事件等；還包括系統運行時(shí)不變的信息，如任務(wù)的上下文、任務(wù)的堆棧、任務(wù)代碼段入口地址、任務(wù)ID、任務(wù)基礎優(yōu)先級、最大激活次數和類(lèi)型等信息。為了減少內存的使用，Trampoline任務(wù)描述符結構被分成圖2所示的兩個(gè)部分：第一部分是系統運行時(shí)不斷變化的數據，保存在tpl_exec_common結構里，它必須常駐RAM中；另一部分是在系統運行時(shí)不變的部分，保存在tpl_exec_static結構里。在tpl_exec_common結構里設置了一個(gè)指針static_desc，指向任務(wù)的tpl_exec_static結構。由于tpl_exec_static里存放的信息在系統運行時(shí)是不變的，因此可以把這部分放到ROM里，以節省RAM的使用。在tpl_exec_static結構里有兩部分是體系結構相關(guān)的，即上下文結構context和堆棧結構stack，它們使用指向一個(gè)或多個(gè)RAM區域的指針來(lái)保存任務(wù)執行的上下文和堆棧信息。這種設計使得不同的任務(wù)之間可以通過(guò)共享指向上下文或堆棧結構的指針就能共享上下文和堆棧，從而可以減少任務(wù)上下文和堆棧所占用的存儲空間。另外，Trampoline上下文結構的設計可以使用盡可能少的RAM。例如，如果目標平臺處理器沒(méi)有FPU(浮點(diǎn)處理器)，Trampoline上下文結構有兩個(gè)指針，第一個(gè)指向整數上下文的RAM區域，第二個(gè)指向浮點(diǎn)上下文RAM區域，這些RAM區域都是用來(lái)保存任務(wù)運行時(shí)要使用的整數寄存器或浮點(diǎn)寄存器的。然而，并不是每個(gè)任務(wù)都需要使用浮點(diǎn)寄存器，如果任務(wù)沒(méi)有使用FPU，第二個(gè)指針將會(huì )設為空，以避免分配浮點(diǎn)寄存器所占用的RAM空間。任務(wù)上下文和堆棧結構都屬于與體系結構有關(guān)的代碼，內核不直接同這部分打交道，而是通過(guò)硬件抽象層來(lái)使用它們。這樣，使得與體系結構相關(guān)的代碼與無(wú)關(guān)的代碼隔離起來(lái)，從而便于把它移植到其他平臺。
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