基于OSEK標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在汽車(chē)電子中的應(yīng)用

引言
隨著國(guó)內(nèi)汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)的不斷升級(jí)和研發(fā)投入的不斷加大，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的汽車(chē)電子，如簡(jiǎn)單的ECU已經(jīng)越來(lái)越普及，應(yīng)用于車(chē)載音響、儀表、車(chē)身控制BCM、動(dòng)力轉(zhuǎn)向EPS等。越來(lái)越多的企業(yè)將精力投入到比較復(fù)雜的控制領(lǐng)域，比如發(fā)動(dòng)機(jī)控制，防抱死系統(tǒng)(ABS)等，對(duì)于這些邏輯復(fù)雜、實(shí)時(shí)性和安全性高的控制任務(wù)，傳統(tǒng)的前后臺(tái)系統(tǒng)模式非實(shí)時(shí)處理的弊端就越來(lái)越呈現(xiàn)出來(lái)，這就勢(shì)必需要用到實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來(lái)管理這些任務(wù)。
OSEK標(biāo)準(zhǔn)是1993年德國(guó)汽車(chē)工業(yè)界聯(lián)合推出的，“汽車(chē)電子的開(kāi)放式系統(tǒng)及接口軟件規(guī)范”，即OSEK(Open System and the Corres-ponding Interfaces for Automotive Electronics)。1994年法國(guó)汽車(chē)工業(yè)界的相似規(guī)范VDX(Vehicle Distributed Executive)和OSEK規(guī)范合并，從而形成OSEK／VDX規(guī)范體系。當(dāng)前OSEK標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為汽車(chē)電子軟件開(kāi)發(fā)領(lǐng)域中的通用標(biāo)準(zhǔn)，旨在增強(qiáng)軟件代碼安全性、移植性，減少軟件開(kāi)發(fā)周期。
目前，市場(chǎng)上通用的開(kāi)源RTOS有很多，比如μC／OS-Ⅱ，F(xiàn)reeRTOS，Linux-2．6等，但是這些核多半是用于通用領(lǐng)域或者安全性要求不太高的領(lǐng)域，如果將這些移植到汽車(chē)電子動(dòng)力安全控制領(lǐng)域，是不太合適的；而且，這些核本身不是基于OSEK標(biāo)準(zhǔn)，如果引入OSEK標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)疑加大了內(nèi)核移植的難度。NEC電子的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RX850是一款基于OSEK標(biāo)準(zhǔn)的汽車(chē)級(jí)專(zhuān)用RTOS，其內(nèi)核的實(shí)時(shí)性已經(jīng)得到第三方的專(zhuān)業(yè)測(cè)試。它已經(jīng)被移植到了NEC芯片的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境PM Plus和Green Hills，客戶只需要在IDE(Integrated Develop Environment)中編寫(xiě)腳本文件來(lái)配置RTOS即可通過(guò)編譯，使得客戶從底層驅(qū)動(dòng)編寫(xiě)到RTOS任務(wù)調(diào)度輕松實(shí)現(xiàn)“無(wú)縫結(jié)合”，大大縮短了RTOS移植的開(kāi)發(fā)周期。本文建立了基于NEC電子32位車(chē)身專(zhuān)用芯片V850／Fx3的軟件平臺(tái)，并介紹了如何實(shí)現(xiàn)RX850操作系統(tǒng)的配置，以發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊為控制模型來(lái)實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的實(shí)時(shí)調(diào)度，最后通過(guò)軟仿工具來(lái)分析該內(nèi)核的效率和任務(wù)調(diào)度的實(shí)時(shí)性。

1 系統(tǒng)平臺(tái)介紹
本系統(tǒng)采用NEC電子的32位車(chē)身專(zhuān)用芯片V850／Fx3系列，V850是NEC電子的32位微處理器核，5級(jí)流水線控制，內(nèi)部32個(gè)32位寄存器，乘法／除法指令，數(shù)據(jù)空間支持最大4 GB線性尋址能力，代碼空間支持64 MB線性尋址能力，內(nèi)部1 MB的codeFLASH，60 KB的RAM空間，32 KB的data FLASH用作E2PROM模擬。
基于OSEK標(biāo)準(zhǔn)的RX850實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)符合以下標(biāo)準(zhǔn)：操作系統(tǒng)規(guī)范(OSEKOS)、通信規(guī)范(OSEKCOM)、網(wǎng)絡(luò)管理規(guī)范(OSEKNM)和OSEK實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言(OSEKOIL)。
其中OSEKOS是針對(duì)汽車(chē)應(yīng)用特點(diǎn)而專(zhuān)門(mén)制定的一個(gè)小型RTOS規(guī)范，著重以下幾個(gè)方面：
(1)可移植性，所有API都是標(biāo)準(zhǔn)化的并且在功能上都有明確的定義；
(2)可擴(kuò)展性，OSEKOS旨在通用于任何類(lèi)型的ECU，因此一方面系統(tǒng)要高度的模塊化，另一方面又要能進(jìn)行靈活的配置；
(3)汽車(chē)應(yīng)用的特定需求，諸如可靠性、實(shí)用性和代價(jià)敏感性等。
相應(yīng)地，OSEKOS靜態(tài)配置可以通過(guò)OS2EKOIL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，用戶在系統(tǒng)生成時(shí)靜態(tài)制定任務(wù)的個(gè)數(shù)、需要的資源和系統(tǒng)服務(wù)。OSEKCOM為通信網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口和協(xié)議。OSEKNM為監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)的流量提供了一組標(biāo)準(zhǔn)的功能函數(shù)，以保證網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性。

2 RX850內(nèi)核配置
由于RX850已經(jīng)被嵌入到IDE，因此用戶直接編寫(xiě)內(nèi)核腳本文件即可，下面介紹如何來(lái)配置內(nèi)核。
(1)系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)置
clkhdr INTTMOEQ0 ／／選定TimerM為時(shí)間片中斷源
(2)堆棧設(shè)置
RX850的堆棧分為系統(tǒng)堆棧和任務(wù)堆棧。
POOL0功能：系統(tǒng)基本表信息、準(zhǔn)備隊(duì)列、每個(gè)管理塊、任務(wù)堆棧、中斷句柄堆棧(系統(tǒng)堆棧)、可變長(zhǎng)度內(nèi)存、不變長(zhǎng)度內(nèi)存。
POOL1功能：任務(wù)堆棧、中斷句柄堆棧(系統(tǒng)堆棧)、可變長(zhǎng)度內(nèi)存、不變長(zhǎng)度內(nèi)存。
POOL0和POOL1都可以作為任務(wù)堆棧，即使沒(méi)有POOL1也可以。配置如下：