開(kāi)放實(shí)時(shí)嵌入式軟件平臺(tái)TOPPERS的研究現(xiàn)狀

摘要：嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)趨勢(shì)之一是基于平臺(tái)的開(kāi)發(fā)，包括硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)。開(kāi)放實(shí)時(shí)嵌入式軟件平臺(tái)TOPPERS(Toyohashi Open Platfo rm for Embedded Real-time System)是一個(gè)包含多種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、中間件以及軟件開(kāi)發(fā)工具在內(nèi)的，可用于多個(gè)領(lǐng)域的綜合性平臺(tái)。本文介紹了TOPPERS的歷史、現(xiàn)狀及其下一個(gè)十年的發(fā)展計(jì)劃和目標(biāo)，以及TOPPERS在國(guó)內(nèi)的發(fā)展情況和目前基于TOPPERS成果正在進(jìn)行的工作。
關(guān)鍵詞：實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)；TOPPERS；ITRON；軟件平臺(tái)；嵌入式系統(tǒng)

引言
開(kāi)放實(shí)時(shí)嵌入式軟件平臺(tái)TOPPERS(Toyohashi Open Platform for Embedded Real-time System)為一個(gè)包含多種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、中間件以及軟件開(kāi)發(fā)工具在內(nèi)的，可用于多個(gè)領(lǐng)域的綜合性平臺(tái)。本文對(duì)TOPPERS的發(fā)展歷史、研究現(xiàn)狀和下一個(gè)十年的發(fā)展計(jì)劃和目標(biāo)進(jìn)行了介紹和分析，一方面可以使TOPPERS的發(fā)展成果能夠被更廣泛地分享；另一方面為國(guó)內(nèi)類(lèi)似嵌入式軟件平臺(tái)的發(fā)展提供參考。TOPPERS的主要特色在于具有高質(zhì)量的設(shè)計(jì)和較完善的體系，開(kāi)放源代碼，可免費(fèi)使用，靈活的許可證使得其在商業(yè)應(yīng)用上限制較少。

1 TOPPERS的歷史
TOPPERS的歷史并不長(zhǎng)，但其起點(diǎn)是具有20多年歷史的TRON(The Real-time Operating system Nucleus)和ITRON(Industrial TRON)項(xiàng)目。ITRON規(guī)范為一系列關(guān)于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)規(guī)范，而不是一個(gè)具體的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，迄今共發(fā)布4個(gè)版本。任何組織或者個(gè)人都可以按照ITRON規(guī)范開(kāi)發(fā)自己的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。ITRON規(guī)范的開(kāi)放性和弱標(biāo)準(zhǔn)性使其取得了巨大的成功，在日本已經(jīng)成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
但也正是因?yàn)镮TRON規(guī)范的弱標(biāo)準(zhǔn)性，符合ITRON規(guī)范的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)版本彼此之間不能完全兼容，帶來(lái)了過(guò)剩的多樣性，造成過(guò)多重復(fù)開(kāi)發(fā)。另外，隨著嵌入式系統(tǒng)越發(fā)復(fù)雜，除了實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核，其他中間件如文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧、設(shè)備驅(qū)動(dòng)框架等也越發(fā)重要，而在這些方面，ITRON規(guī)范是比較薄弱的。
為了解決上述問(wèn)題，適應(yīng)未來(lái)嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)，ITRON的發(fā)展在兩個(gè)方向上繼續(xù)進(jìn)行，一個(gè)是由坂村健教授主導(dǎo)的T-Engine，另一個(gè)便是TOPPERS。TOPPERS和T-Engine不同點(diǎn)在于TOPPERS是以μITRON4．0規(guī)范為基礎(chǔ)，主要針對(duì)硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)，專(zhuān)注于工業(yè)控制領(lǐng)域，如汽車(chē)電子等；T-Engine由硬件上的T-Engine規(guī)范和軟件上的以T-Kernel為代表的一系列實(shí)時(shí)內(nèi)核以及相應(yīng)的中間件這兩大部分組成。

2 TOPPERS的現(xiàn)狀
最近一次ITRON規(guī)范的發(fā)布要上溯至1999年的μITRON4．0規(guī)范。進(jìn)入新世紀(jì)后，一方面嵌入式系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展日新月異；另一方面ITRON規(guī)范十多年未作更新，已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足未來(lái)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的需求。因此，從2006年開(kāi)始，TOPPERS協(xié)會(huì)在μITRON4．0規(guī)范基礎(chǔ)之上開(kāi)始制定新一代實(shí)時(shí)內(nèi)核規(guī)范并加以實(shí)現(xiàn)，其大致路線(xiàn)圖如圖1所示。到2011年為止，該路線(xiàn)圖中的絕大部分目標(biāo)都已經(jīng)達(dá)成，產(chǎn)生一大批成果，并且在消費(fèi)電子和汽車(chē)電子等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。