開放實(shí)時嵌入式軟件平臺TOPPERS的研究現(xiàn)狀
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2．1 實(shí)時內(nèi)核
TOPPERS／ASP(Advanced Standard Profile)內(nèi)核是整個TOPPERS平臺的基石和TOPPERS新一代實(shí)時內(nèi)核的出發(fā)點(diǎn)，它遵循μITRON4．0規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)功能集，并在TOPPERS／JSP內(nèi)核基礎(chǔ)上做了許多改進(jìn)和擴(kuò)展，包括可靠性和代碼的可復(fù)用性，其內(nèi)存占用較小，功能完善且有著不錯的性能。通過擴(kuò)展包的形式可以對該內(nèi)核的功能進(jìn)行擴(kuò)展，如任務(wù)優(yōu)先級可擴(kuò)展到256級，支持優(yōu)先級置頂協(xié)議的互斥量擴(kuò)展和受限任務(wù)(類似FreeRTOS中的協(xié)程)擴(kuò)展等。
TOPPERS／FMP(Flexible MultiProcessor)內(nèi)核是TOPPERS／ASP內(nèi)核針對多核處理器的擴(kuò)展。該內(nèi)核以靜態(tài)的方式把任務(wù)分配給每個處理器，任務(wù)調(diào)度也在每個處理器上單獨(dú)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(xì)粒度鎖。該內(nèi)核主要適用于對稱性多核處理器系統(tǒng)，以應(yīng)對嵌入式系統(tǒng)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(nèi)核為一個面向汽車電子領(lǐng)域且遵循OSEK／VDX Version 2．2．1規(guī)范的實(shí)時內(nèi)核。該內(nèi)核通過了車載軟件的相關(guān)認(rèn)證，并且在代碼實(shí)現(xiàn)上遵循MISRA-C設(shè)計規(guī)范，車載軟件是TOPPERS的優(yōu)勢所在。除了實(shí)時內(nèi)核外，TOPPERS還提供面向車載網(wǎng)絡(luò)的CAN／LIN中間件和FlexRay中間件。目前，符合AUTOSAR規(guī)范的新一代車載實(shí)時內(nèi)核TOPPERS／ATK2也正在開發(fā)中。
TOPPERS／HRP(High Reliable Profile)內(nèi)核以μITRON4．0規(guī)范的保護(hù)功能擴(kuò)展為基礎(chǔ)，帶有內(nèi)存保護(hù)和時間保護(hù)功能，適用于帶有MPU(Memory ProtectionUnit)或者M(jìn)MU(Memory Management Unit)單元的系統(tǒng)。該內(nèi)核主要應(yīng)用于對可靠性有很高要求的領(lǐng)域，如航空航天等。內(nèi)存保護(hù)主要包括防止對內(nèi)存模塊特定區(qū)域的訪問，防止對特定系統(tǒng)數(shù)據(jù)的訪問和防止分配過多內(nèi)存等。時間保護(hù)主要指防止系統(tǒng)中某個任務(wù)或中斷處理函數(shù)過多地占用處理器。
TOPPERS／ASP Safety內(nèi)核基于TOPPERS／ASP內(nèi)核1．3．1版本，對內(nèi)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(yīng)修改，符合功能安全規(guī)范IEC61058中SIL3的要求，主要應(yīng)用于強(qiáng)調(diào)功能安全的領(lǐng)域，如核電、石化等。
TOPPERS／SSP(Smallest Set Profile)以TOPPERS／ASP內(nèi)核為基礎(chǔ)，以盡可能地減少ROM／RAM使用量為目的，功能上遵循μITRON4．0規(guī)范中最低限度功能集。該內(nèi)核主要針對資源非常有限的小規(guī)模嵌入式系統(tǒng)，如無線傳感器應(yīng)用等，刪除了任務(wù)間通訊功能，精簡了任務(wù)管理功能。在該內(nèi)核中，每個任務(wù)優(yōu)先級上只允許存在一個任務(wù)，最多允許16個任務(wù)存在，并且所有任務(wù)共享一個任務(wù)堆棧。該內(nèi)核針對ARM Cortex-M3內(nèi)核處理器的典型應(yīng)用只需占用3．5 KB左右的ROM，附加上時間管理擴(kuò)展包后也只占用5 KB左右的ROM。
2．2 中間件
TECS(TOPPERS Embedded Component System)是一個針對嵌入式系統(tǒng)，將各種軟件模塊封裝為組件，并將組件結(jié)合在一起以實(shí)現(xiàn)快速構(gòu)建大規(guī)模嵌入式軟件的規(guī)范和工具的集合。其目的在于通過組件化的開發(fā)方式降低嵌入式軟件的開發(fā)難度，減少重復(fù)開發(fā)，提高設(shè)計的抽象度和嵌入式軟件的可復(fù)用性。在TECS中，通過組件描述語言CDL(Component Description Language)來描述組件的接口和屬性等，然后解析器分析CDL并生成相應(yīng)的C語言代碼模板，最后用C語言實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的組件。由于TECS的底層是基于C語言的，且整個過程是靜態(tài)的，所以其在代碼大小和性能上開銷很小，適合于嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。TECS支持遠(yuǎn)程過程調(diào)用(Remote Procedure Call)，可用于分布式嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)。
TINET為一個面向嵌入式系統(tǒng)的精簡TCP／IP協(xié)議棧，遵循ITRON TCP／IP API規(guī)范，并同時支持IPv4和IPv6協(xié)議。TINET的IPv4協(xié)議部分來源于FreeBSDVersion 3．4中的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，IPv6協(xié)議部分來源于著名的IPv6實(shí)現(xiàn)KAME。TINET中許多概念與BSD套接字的概念類似，但重點(diǎn)考慮嵌入系統(tǒng)各種限制中最為嚴(yán)格的內(nèi)存容量的限制，刪除了一些傳統(tǒng)BSD套接字接口的TCP／IP協(xié)議棧中對于嵌入式系統(tǒng)多余的功能。
SafeG為一個基于ARM TrustZone技術(shù)的嵌入式虛擬機(jī)(Embedded Hypervisor)，支持在同一個處理器上同時運(yùn)行實(shí)時操作系統(tǒng)(運(yùn)行在信任狀態(tài)下)和通用操作系統(tǒng)(運(yùn)行在非信任狀態(tài)下)并以硬件實(shí)現(xiàn)空間和時間上的隔離。SafeG負(fù)責(zé)信任狀態(tài)和非信任狀態(tài)之間的切換，并監(jiān)控中斷的產(chǎn)生，通用操作系統(tǒng)作為實(shí)時操作系統(tǒng)的若干任務(wù)被調(diào)度。通過SafeG，可以結(jié)合多種操作系統(tǒng)的特點(diǎn)于一體，帶來更多的靈活性，同時保證安全性和可靠性。
2．3 TOPPERS內(nèi)核的主要特征
不同的TOPPERS內(nèi)核覆蓋不同的嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域，但以下兩點(diǎn)幾乎為所有TOPPERS內(nèi)核的主要特征。
(1)靜態(tài)配置
常見的實(shí)時操作系統(tǒng)中，系統(tǒng)的配置通過C語言頭文件中的宏定義來實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)資源是通過調(diào)用C語言API來創(chuàng)建的。在TOPPERS內(nèi)核中，系統(tǒng)的配置和系統(tǒng)資源的創(chuàng)建是通過靜態(tài)API來完成的。靜態(tài)API的相關(guān)概念在μITRON4．0規(guī)范中引入。使用者通過編寫由靜態(tài)API組成的系統(tǒng)配置文件(文件后綴為．cfg)來描述系統(tǒng)的組成和所需的系統(tǒng)資源。TOPPERS內(nèi)核配置器(configurator)將解析系統(tǒng)配置文件，并依據(jù)事先定義好的模板文件生成相應(yīng)的C語言具體實(shí)現(xiàn)。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/148265.htm
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