開(kāi)放實(shí)時(shí)嵌入式軟件平臺TOPPERS的研究現狀
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2．1 實(shí)時(shí)內核
TOPPERS／ASP(Advanced Standard Profile)內核是整個(gè)TOPPERS平臺的基石和TOPPERS新一代實(shí)時(shí)內核的出發(fā)點(diǎn)，它遵循μITRON4．0規范標準功能集，并在TOPPERS／JSP內核基礎上做了許多改進(jìn)和擴展，包括可靠性和代碼的可復用性，其內存占用較小，功能完善且有著(zhù)不錯的性能。通過(guò)擴展包的形式可以對該內核的功能進(jìn)行擴展，如任務(wù)優(yōu)先級可擴展到256級，支持優(yōu)先級置頂協(xié)議的互斥量擴展和受限任務(wù)(類(lèi)似FreeRTOS中的協(xié)程)擴展等。
TOPPERS／FMP(Flexible MultiProcessor)內核是TOPPERS／ASP內核針對多核處理器的擴展。該內核以靜態(tài)的方式把任務(wù)分配給每個(gè)處理器，任務(wù)調度也在每個(gè)處理器上單獨進(jìn)行，任務(wù)可以在處理器之間靈活地進(jìn)行遷移，并引入了自旋鎖，支持粗粒度鎖和細粒度鎖。該內核主要適用于對稱(chēng)性多核處理器系統，以應對嵌入式系統多核化的趨勢，目前支持ARM系列的多核處理器和瑞薩SH系列多核處理器。
TOPPERS／ATK1(Automotive Kernel)內核為一個(gè)面向汽車(chē)電子領(lǐng)域且遵循OSEK／VDX Version 2．2．1規范的實(shí)時(shí)內核。該內核通過(guò)了車(chē)載軟件的相關(guān)認證，并且在代碼實(shí)現上遵循MISRA-C設計規范，車(chē)載軟件是TOPPERS的優(yōu)勢所在。除了實(shí)時(shí)內核外，TOPPERS還提供面向車(chē)載網(wǎng)絡(luò )的CAN／LIN中間件和FlexRay中間件。目前，符合AUTOSAR規范的新一代車(chē)載實(shí)時(shí)內核TOPPERS／ATK2也正在開(kāi)發(fā)中。
TOPPERS／HRP(High Reliable Profile)內核以μITRON4．0規范的保護功能擴展為基礎，帶有內存保護和時(shí)間保護功能，適用于帶有MPU(Memory ProtectionUnit)或者M(jìn)MU(Memory Management Unit)單元的系統。該內核主要應用于對可靠性有很高要求的領(lǐng)域，如航空航天等。內存保護主要包括防止對內存模塊特定區域的訪(fǎng)問(wèn)，防止對特定系統數據的訪(fǎng)問(wèn)和防止分配過(guò)多內存等。時(shí)間保護主要指防止系統中某個(gè)任務(wù)或中斷處理函數過(guò)多地占用處理器。
TOPPERS／ASP Safety內核基于TOPPERS／ASP內核1．3．1版本，對內核進(jìn)行了大量的功能安全分析，在文檔、代碼注釋和部分功能上做了相應修改，符合功能安全規范IEC61058中SIL3的要求，主要應用于強調功能安全的領(lǐng)域，如核電、石化等。
TOPPERS／SSP(Smallest Set Profile)以TOPPERS／ASP內核為基礎，以盡可能地減少ROM／RAM使用量為目的，功能上遵循μITRON4．0規范中最低限度功能集。該內核主要針對資源非常有限的小規模嵌入式系統，如無(wú)線(xiàn)傳感器應用等，刪除了任務(wù)間通訊功能，精簡(jiǎn)了任務(wù)管理功能。在該內核中，每個(gè)任務(wù)優(yōu)先級上只允許存在一個(gè)任務(wù)，最多允許16個(gè)任務(wù)存在，并且所有任務(wù)共享一個(gè)任務(wù)堆棧。該內核針對ARM Cortex-M3內核處理器的典型應用只需占用3．5 KB左右的ROM，附加上時(shí)間管理擴展包后也只占用5 KB左右的ROM。
2．2 中間件
TECS(TOPPERS Embedded Component System)是一個(gè)針對嵌入式系統，將各種軟件模塊封裝為組件，并將組件結合在一起以實(shí)現快速構建大規模嵌入式軟件的規范和工具的集合。其目的在于通過(guò)組件化的開(kāi)發(fā)方式降低嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)難度，減少重復開(kāi)發(fā)，提高設計的抽象度和嵌入式軟件的可復用性。在TECS中，通過(guò)組件描述語(yǔ)言CDL(Component Description Language)來(lái)描述組件的接口和屬性等，然后解析器分析CDL并生成相應的C語(yǔ)言代碼模板，最后用C語(yǔ)言實(shí)現相應的組件。由于TECS的底層是基于C語(yǔ)言的，且整個(gè)過(guò)程是靜態(tài)的，所以其在代碼大小和性能上開(kāi)銷(xiāo)很小，適合于嵌入式系統應用。TECS支持遠程過(guò)程調用(Remote Procedure Call)，可用于分布式嵌入式系統的開(kāi)發(fā)。
TINET為一個(gè)面向嵌入式系統的精簡(jiǎn)TCP／IP協(xié)議棧，遵循ITRON TCP／IP API規范，并同時(shí)支持IPv4和IPv6協(xié)議。TINET的IPv4協(xié)議部分來(lái)源于FreeBSDVersion 3．4中的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧，IPv6協(xié)議部分來(lái)源于著(zhù)名的IPv6實(shí)現KAME。TINET中許多概念與BSD套接字的概念類(lèi)似，但重點(diǎn)考慮嵌入系統各種限制中最為嚴格的內存容量的限制，刪除了一些傳統BSD套接字接口的TCP／IP協(xié)議棧中對于嵌入式系統多余的功能。
SafeG為一個(gè)基于A(yíng)RM TrustZone技術(shù)的嵌入式虛擬機(Embedded Hypervisor)，支持在同一個(gè)處理器上同時(shí)運行實(shí)時(shí)操作系統(運行在信任狀態(tài)下)和通用操作系統(運行在非信任狀態(tài)下)并以硬件實(shí)現空間和時(shí)間上的隔離。SafeG負責信任狀態(tài)和非信任狀態(tài)之間的切換，并監控中斷的產(chǎn)生，通用操作系統作為實(shí)時(shí)操作系統的若干任務(wù)被調度。通過(guò)SafeG，可以結合多種操作系統的特點(diǎn)于一體，帶來(lái)更多的靈活性，同時(shí)保證安全性和可靠性。
2．3 TOPPERS內核的主要特征
不同的TOPPERS內核覆蓋不同的嵌入式系統領(lǐng)域，但以下兩點(diǎn)幾乎為所有TOPPERS內核的主要特征。
(1)靜態(tài)配置
常見(jiàn)的實(shí)時(shí)操作系統中，系統的配置通過(guò)C語(yǔ)言頭文件中的宏定義來(lái)實(shí)現，系統資源是通過(guò)調用C語(yǔ)言API來(lái)創(chuàng )建的。在TOPPERS內核中，系統的配置和系統資源的創(chuàng )建是通過(guò)靜態(tài)API來(lái)完成的。靜態(tài)API的相關(guān)概念在μITRON4．0規范中引入。使用者通過(guò)編寫(xiě)由靜態(tài)API組成的系統配置文件(文件后綴為．cfg)來(lái)描述系統的組成和所需的系統資源。TOPPERS內核配置器(configurator)將解析系統配置文件，并依據事先定義好的模板文件生成相應的C語(yǔ)言具體實(shí)現。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/148265.htm
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