多核處理器下智能車載平臺的設計與實現(xiàn)

　　資源分區(qū)方案

　　本文采用OMAP4430型開發(fā)板作為硬件平臺。在該處理器上兩個同構的核上分別部署Android OS和SmartOSEK OS。

　　用戶在應用設計階段，對SmartOSEK OS進行靜態(tài)配置，確定其占用的內(nèi)存情況，從而在系統(tǒng)初始化階段將固定的一段物理內(nèi)存空間分配給SmartOSEK的實時內(nèi)核。通過修改Android OS中Linux內(nèi)核的頁表項，將該段物理空間對于Android OS是不可見的，使得虛擬地址空間無法映射到該段物理地址。另外預留出一段物理內(nèi)存作為兩個操作系統(tǒng)的共享內(nèi)存空間，以方便二者的通信。

　　對于各種硬件外設資源，將其分為三種不同的類型。第一類是多核處理器硬件不同內(nèi)核私有的外設資源，如時鐘源。第二類是將公用的硬件外設資源分配到各自的操作系統(tǒng)上，將其視為該操作系統(tǒng)的私有資源。第三類是Android OS和SmartOSEK OS共享的硬件外設資源，在資源分配時要盡可能避免使用第三類資源，針對這種類型的資源需要一定的鎖機制對其統(tǒng)一管理。

　　內(nèi)核通信方式

　　Android OS與SmartOSEK OS之間提供同步和異步兩種通信方式。

　　同步的通信方式只應用于從Android內(nèi)核向SmartOSEK內(nèi)核的消息發(fā)送。當Android系統(tǒng)通過同步方式發(fā)送消息時，首先將消息發(fā)送到共享內(nèi)存的同步數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，然后向SmartOSEK發(fā)送同步信號進行通知，SmartOSEK內(nèi)核在接收到這個同步的數(shù)據(jù)接收信號后，需要立即響應，讀取共享內(nèi)存中同步數(shù)據(jù)緩沖區(qū)存儲的消息，并在讀取結束后通知Android發(fā)送方數(shù)據(jù)接收成功或接收失敗。

　　異步的通信方式支持Android和SmartOSEK內(nèi)核雙向通信。當一方向另一方發(fā)送消息時，發(fā)送方首先將數(shù)據(jù)拷貝到該方的共享內(nèi)存中的異步消息隊列中，完成該操作后向接收方發(fā)送異步通信請求的信號。此時接收方只需要更新異步消息隊列的狀態(tài)信息。讀取隊列中消息的工作由一個周期性查詢異步消息隊列的進程或任務完成，以緩沖Android內(nèi)核和SmartOSEK內(nèi)核實時性的差異。

　　平臺實現(xiàn)

　　平臺實現(xiàn)的主要工作為以下三部分：在編譯階段實現(xiàn)SmartOSEK OS的存儲映射;在雙操作系統(tǒng)的啟動過程中實現(xiàn)包括內(nèi)存、中斷、外設等資源的分配;通過共享內(nèi)存、核間中斷等手段實現(xiàn)兩個操作系統(tǒng)之間相互通信。

　　SmartOSEK OS存儲映射

　　存儲器分區(qū)是實現(xiàn)兩個操作系統(tǒng)資源分區(qū)的關鍵之處。在編譯階段利用MMU機制減少兩個操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)在存儲空間上的耦合性，使每個操作系統(tǒng)靜態(tài)分配的內(nèi)存空間盡可能連續(xù)，簡化資源分區(qū)的難度。SmartOSEK OS是完全靜態(tài)的操作系統(tǒng)，在目標鏈接文件vmlinux.lds.S中新建物理段osek，通過使用GNU C編譯器的編譯指令將SmartOSEK OS的數(shù)據(jù)定義歸于此段中。

　　雙核系統(tǒng)啟動

　　在U-boot完成對系統(tǒng)鏡像文件的引導加載后，主核cpu0處于SVC模式，cpu1執(zhí)行WFI指令循環(huán)等待cpu0觸發(fā)的核間中斷。此時，將在主核cpu0上基于分區(qū)的機制執(zhí)行對各種資源進行初始化分配。圖2描述了雙核啟動及資源分配的具體流程?！　?/p>

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