汽车电子中的嵌入式操作系统.pdf

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1、 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.V3.02009-07-8汽车电子中的 嵌入式操作系统汽车电子中的 嵌入式操作系统 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.大纲?概述概述实时操作系统OSEK/VDX 操作系统osCANosCAN相关工具链 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.追求更强大的功能追求更强大的功能?动力性?舒适性?安全性?经济性?易用性汽车电子的发展节点的复杂程度大大增加节点的复杂程度大大增加?更多的传感器?更多的电机?更

2、多的存储设备?更复杂的控制算法更复杂的代码结构！更复杂的代码结构！2009.HiRain Technologies.All rights reserved.?代码量每年增长量超过25%?软件逻辑更加复杂，执行时间更长软件发展趋势?不断需要增加、修改软件模块?软件开发人员数量增加，需要并行开发 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.汽车电子软件开发实例无操作系统Button,Temperator,Rain Sensor,Light SensorWindow CtrlAwning CtrlHWHWTemperature(Analog Input)

3、Rain Sensor(Analog Input)Light Sensor(Analog Input)2009.HiRain Technologies.All rights reserved.汽车电子软件开发实例嵌入式操作系统Button(I/O Port)Window CtrlAwning CtrlTemperature(Analog Input)Rain Sensor(Analog Input)Light Sensor(Analog Input)H WHWResourceResourceResource 2009.HiRain Technologies.All rights reserve

4、d.?合理管理RAM，堆栈等系统资源?防止不同任务对硬件设备的同时使用?实现应用程序和硬件平台的分离嵌入式操作系统的作用资源管理Task1Task2RAMSCISTACKRAMSTACKCANSPIEEPROM。2009.HiRain Technologies.All rights reserved.?帮助建立合理的软件结构?去除各功能模块之间的耦合性?AUTOSAR嵌入式操作系统的作用软件构架HardwareISREventTask1Task2Task3EventTask levelInterrupt level 2009.HiRain Technologies.All rights res

5、erved.大纲概述?实时操作系统实时操作系统OSEK/VDX 操作系统Vector 的 osCANosCAN的相关工具链 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.前后台系统的实时性?无操作系统的嵌入算法（前后台系统）mainloop中断相关操作中断后台(任务级)前台(中断级)时间中断响应延迟时间中断响应延迟时间 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.实时操作系统的实时性?嵌入式实时操作系统ISR(中断服务子程序)低优先级任务 或空闲任务低优先级任务 或空闲任务时间高优先级任务高优先级任务特定

6、事 件(抢占式)中断响应延迟时间中断响应延迟时间 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.实时操作系统?操作系统中的操作系统中的F1?更小，更快，更高度协调?龙者，大则兴云吐雾,小则隐介藏形龙者，大则兴云吐雾,小则隐介藏形?体积可裁减，适应各种硬件资源?真正的实时内核真正的实时内核?保证所有重要任务在限制时间内完成 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.嵌入式操作系统无操作系统VS嵌入式实时操作系统无操作系统无操作系统实时操作系统实时操作系统任务数量任务数量单任务多任务任务执行方式任务执行方式

7、主循环优先级抢占/非抢占资源管理资源管理无有实时性实时性任务响应时间等于主循环时间任务响应时间短应用程序扩展性应用程序扩展性对应用程序的修改将影响整体代码应用程序以任务形式出现，修改单独任务 不影响其它任务，有标准API占用占用ROM,RAM资源资源无占用额外RAM和ROM，大小可剪裁 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.大纲概述实时操作系统?OSEK/VDX 操作系统操作系统Vector 的 osCANosCAN的相关工具链 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.OSEK/VDX 操作系

8、统操作系统国际标准的汽车电子实时操作系统国际标准的汽车电子实时操作系统 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.?汽车电子嵌入式软件两大问题汽车电子嵌入式软件两大问题OSEK/VDX产生背景?重用性差重用性差?对于不同ECU非应用部分程序需要反复开发?兼容性差兼容性差?不同OEM之间的协议差异大?供应商的开发周期长，成本高供应商的开发周期长，成本高?版本管理难度高版本管理难度高 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.OSEK/VDX组织O ffense S ysteme und deren c

9、hnittstellen fr dieE lektronik imK raftfahrzeugV ehicle D istributede X ecutive www.osek-vdx.orgOSEK:Open Systems and their Corresponding Interfaces for Automotive ElectronicsOSEK/VDX initial partners(Steering Committee)-Adam Opel AG-BMW AG-Daimler AG-IIIT-University of Karlsruhe-GIE.RE.PSA-Renault-

10、Robert Bosch GmbH-Siemens AG-Volkswagen AG Technical Committee partners-ACTIA-Metrowerks-Magneti Marelli-National Semiconductor-NEC Electronics GmbH-Porsche AG-Denso.-Vector Informatik GmbH 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.OSEK/VDX规范OSEK OSOperating SystemOSEK NMNetwork ManagementOSEK CO

11、MCommunicationOSEK TIMETime-triggeredOperating SystemOILOSEK Implementation LanguageORTIOSEK Run Time InterfaceFT COMFault-Tolerant Communication 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.1993OSEK委员会成立1994与VDX联合1995OSEK规范 V1.01997OSEK规范 V2.02000OSEK规范 V2.12001OSEK规范 V2.220042003ISO 17356-3(草)2006

12、ISO 17356 正式发布ISO17356-1 GeneralISO17356-2 BindingISO17356-3 OSEK OSISO17356-4 OSEK COMISO17356-5 OSEK NMISO17356-6 OSEK OILOSEK/VDX发展与标准化 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.OSEK/VDX开发流程OSEK BuilderOILOSEK OSKernelOSEK COMOSEK NMSystemGeneratorUsers Codee.g.ApplLinkerCompilerDownloadVersio

13、n Control 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.OSEK OS的特点RTOSOSEK OS静态操作系统静态操作系统所有OS元素在编译之前被确定节省系统资源，提高运行速度，任务时间可预期静态操作系统静态操作系统所有OS元素在编译之前被确定节省系统资源，提高运行速度，任务时间可预期事件驱动系统事件驱动系统根据优先级决定任务执行顺序中断响应快，实时性高事件驱动系统事件驱动系统根据优先级决定任务执行顺序中断响应快，实时性高资源和中断管理资源和中断管理防止优先级倒置，死锁等现象出现提高系统可靠性资源和中断管理资源和中断管理防止优先级倒置，死锁

14、等现象出现提高系统可靠性定义一致性类（定义一致性类（CC）系统可升级根据需求扩展OS功能定义一致性类（定义一致性类（CC）系统可升级根据需求扩展OS功能 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.举例：死锁（Deadlock）runwaitingrunblockedreadyrunreadyrunblocked优先级任务2任务1占用资源S1占用资源S2等待特定事件试图访问资源S2试图访问资源S1死锁！死锁！2009.HiRain Technologies.All rights reserved.举例：优先级反转（Priority Inversio

15、n）runreadyrunready优先级任务2任务1试图访问资源S1，被拒占用资源S1释放资源S1susp.readyrunsusp.susp.readyrunSusp.susp.runblockedrun任务3任务4激活任务4优先级 反转！优先级 反转！2009.HiRain Technologies.All rights reserved.举例：优先级置顶（Priority Ceiling）任务2任务1任务3任务4天花板优先级 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.大纲汽车电子的软件趋势实时操作系统的优势OSEK/VDX 操作系统?Ve

16、ctor 的的 osCANosCAN的相关工具链 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.Vector 的的 osCAN第一款通过第一款通过OSEK认证的实时操作系统认证的实时操作系统 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.Vector的ECU嵌入式软件方案DiagnosticsHardware controlCAN/LIN communicationRe-ProgrammingMessage handlingApplicationExecutableCompilerLinkerCustome

17、r specifichardwarePhysical busCANLINCANdelaStudioCDDODXCDDTOILGenerationOIL ConfigurationOperating SystemosCAN?FlashCodeCANfbl?DatabaseCANdb+?CANalyzerCANoeCANapeGenerationToolApplicationCommunication StackCANbeddedFlash ProgrammingCANfbl 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.使用过程模型进行堆栈优化优点?多

18、个互相协作的优先级等级?优化的实时行为，较短的反应时间BasicTask 1TASKBExtTask 6TASKEBasicTask 3TASKBExtTask 4TASKEBasicTask 5TASKBExtTask 2TASKEStack 1Stack 2Stack 3IR1IR2 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.技术优势?符合OSEK/VDX规范?应用程序与硬件屏蔽，软件模块可并行开发?任务扩展性好，修改方便?完全图形化设计，直接生成源代码?通过OIL文件描述整个操作系统，易于版本管理?占用硬件资源小，尺寸可剪裁?ROM110K

19、 byte?RAM几个到几十个byte?初始化速度快，中断负载低?源代码完全开放 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.商业优势?支持多种硬件平台?支持超过40种硬件平台，并接受平台定制?一次性收费?无需任何版税?扁平价格模式?对针对所有微处理器平台的osCAN实行同样的价格?强大的技术支持能力?国内本地支持（恒润科技），为客户提供集成服务 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.大纲汽车电子的软件趋势实时操作系统的优势OSEK/VDX 操作系统Vector 的 osCAN?osCAN的相关工

20、具链的相关工具链 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.osCAN Operating System?OIL?OIL ConfiguratorGeneratorTarget MicrocontrollerORTIApplicationCodeEditorTasks,Alarms,EventsOS Source CodeGenerated configurationCompiler/LinkerDebugger/EmulatorECUosCAN开发流程 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.o

21、sCAN的支持工具与CAN、LIN及其它总线系统的嵌入式通信 和诊断软件组件无缝集成?CANbedded?CANbedded LIN Communication配置工具?OIL ConfiguratorPC机上应用程序和操作系统仿真?CANoe osCAN Library仿真和配置RMA/DMA分析?Timing Analyzer 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.osCAN支持工具流程osCANSourcecodeOILOIL ConfiguratorTiming AnalyzerCANoe osCAN Library 2009.HiR

22、ain Technologies.All rights reserved.简单易用图形化的OS配置工具?图形化配置OS各种元素?一致性检查?生成OIL文件?生成osCAN源码生成代码 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.生成模版 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.ExtendedTaskBasicTaskExtendedTaskBasicTaskSystemStartBasicTaskISR Kat1/*no OSAccess*/RTIInterruptISR Cat2Resource

23、GetResourceGetResourceGetResourceDataMessageMessageTerminateInitializationBtInitTerminateApplicationCode 1BtCyclicApplicationCode 2EtReveiceTerminateApplicationCode 3BtMiscApplicationCode 4EtTransmitAlarmsActivateActivateActivateTask?Event_2?Event_3Wait Event2,3SetEvent3Wait Event1?Event_1SetEvent1S

24、etEvent1ActivateActivateosCAN Example 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.osCAN支持工具流程osCANSourcecodeOILOIL ConfiguratorTiming AnalyzerCANoe osCAN Library 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.TimingAnalyzer?计算可调度性?显示CPU占用率?导入和显示仿真器跟踪结果?与osCAN OS/OIL无缝集成osCAN Timing Analyzer调度表仿真和可调度性

25、分析 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.osCAN支持工具流程osCANSourcecodeOILOIL ConfiguratorTiming AnalyzerCANoe osCAN Library 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.CANoe osCAN Library 在PC机上实现OSEK OS应用程序仿真 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.总结和回顾汽车电子嵌入式操作系统OSEK/VDX体系中的操作系统Vector的osCAN 2009.HiRain Technologies.All rights reserved.谢 谢！谢 谢！Thanks