（计算机应用技术专业论文）smartosek集成开发环境研究和实现.pdf

浙江大学硕士论文s m a r t o s e k 集成开发环境研宄和实现 摘要 在车载操作系统领域，外围支撑软件的作用已经日益突出，它的可用性和集成度不仅直 接关系到应用程序的开发效率，而且还关系到最终产品的质量。更重要的是，如果没有这些 外围支撑软件的存在，对工程师来说，要把控制策略转换成可执行代码是难以做到的。因此， 在汽车电子乃至整个嵌入式领域，一套辅助的开发工具是必不可少的，而s m a r t i d e 正是这 样一个，针对汽车电子领域的o s e k 操作系统开发的，集成化的辅助开发工具，其全部成 员工具都采用图形界面，有些还允许用户进行图形操作来进行编程。 s m a r t l d e 是面向汽车电子的可视化开发工具集合，包括图形化建模工具、自动代码生 成工具、o i l 配置工具、内核追踪工具和可调度性分析工具等，整套工具的丰富程度和强大 功能可以跟国际同类的优秀产品媲美。其总体设计思路是：先借鉴国际上最先进的若干开发 工具的原理再根据我们的需要进行改进，并且在看到以往原理不足的时候进行大胆创新。 最终，我们将展示一套最为完摧、强劲、实用、好用的集成开发环境( i d e ) 。 本文的工作主要集中在以下四个方面： 第一，研究国内外o s e k 操作系统及其集成开发环境状况，并进行分析比较，确定 s m a r t l d e 的需求。 第二，提出集成开发工具的“设计方法”，即怎样开发出整个s m a r t l d e 的四个重要成员 工具。每个工具的设计过程都是按照理论化的过程进行的：“为什么开发这样的工具” “怎样开发这样的工具”“开发出来的工具比以往的优点在哪里”。这也同样是论文中 叙述的顺序。 第三，解决“关键技术”，这也是设计中的难点。例如图形互动操作技术，自动代码生 成技，o i l 文件解析技术等，也是论文要阐述的问题之一。这些技术不仅有技术本身的意义， 也可能激起相应的一些理论研究方向。 第四，给出“测试结果”。作为成熟的i d e 产品，s m a r t l d e 经过了很多测试和比较。论 文将提供专家测试的报告，同时将对s m a r t l d e 进行两种方向比较：与传统开发流程的比较 ( 纵向比较) 和与同类著名产品的比较( 横向比较) 。对比的结果将显示出s m a r t l d e 的强大 功能和突出优势。 s m a r t l d e 的诞生，可以带来开发模式的变革，以对象为驱动的设计方法将变成模型驱 动，用户可以更加方便、高效的设计高质量、高可靠性的应用。而它提供的软硬件测试工具， 在设计的不同阶段配合使用，使用户能够更加及时地发现设计中的不足这不仅大大缩短 了开发过程的时间，而且可以挽救设计产生的某些重大失误，有时这等于挽救了企业的生命。 本文得到以下项目的资助：国家高技术研究发展计划( 2 0 0 3 a a i z 2 1 4 0 ) “支持汽车电子 的嗷入式软件平台”，国家高技术研究发展计划( 2 0 0 4 a b 1 2 2 1 8 0 ) “支持数字化设各的嵌入式 软件平台”。 关键字：集成开发环境实时操作系统可视化编程自动代码生成可调度分析解析技术 第t 页共8 9 页 塑垩查兰婴主鲨塞 ! 竺苎竺! ! 鉴墨些茎垄堑! 塑! 壅! 堕垫一 i na u t o m o t i v ef i e l d t h ev a l u eo fi n t e g r a t e dd e v e l o p m e n t t o o l si si n c r e a s i n g i t sf u n c t i o n a l i t i e s a r ed i r e c t l yr e l a t e dt oa p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n tt i m ea n dq u a l i t y m o r e o v e r , t h ee n g i n e e r sm a y f e e l t o oh a r dt ou s eh a n d w r i t t e nc o d ew i t h o u tt h e s ei n t e g r a t e dt o o l s s m a r t l d ei s s u c hak i n do f i n t e g r a t e dt o o l sf o ro s e k r e a lt i m eo p e r a t i n gs y s t e m a l lt h em e m b e r so fs m a r t l d eh a v ev i s u a l i n t e r f a c e s ，a n ds o m eo f t h e m c a nb e u s e df o rv i s u a lp r o g r a m m i n g s m a r t l d ei sav i s u a le n v i r o n m e n t 。w h i c hi st e m p o s e do f v i s u a lp r o g r a m m i n gt o o l ，r t d s t r a c e rt o o l 。，t i m ea n a l y s i st o o la n do i lc o n f i g u r a t i o nt 0 0 1 t h ew h o l et o o l k i tu s e dt h en e w e s t t e c h n o l o g i e s f o rr e f e r e n c e s ，a n da d ds o m ea c u t ei n n o v a t i o n s t h ef l n a li m p l e m e n t a t i o nh a s p o w e r f u lf u n c t i o n a l i t i e sa sg o o d t h e m o s t s o p h i s t i c a t e dd e v e l o p m e n t t o o l k i ta l lo v e rt h ew o r l d t h em a i np r i n c i p l eo f d e s i g n i n gi st h a t ：u s et h el a t e s tt e c h n o l o g i e sf o rr e f e r e n c e s ，a n da d ds o m e i n n o v a t i o n sw h e r en e e d e d ，a n dt h e nm a k ec r e a t i v ec h a n g e sw h e no l dt e c h n o l o g i e sw e r en o t s u f f i c i e n t f i n a l l yw e w i l lp r e s e n tam o s t c o m p l e t e ，p o w e r f u l ，p r a c t i c a la n dc o n v e n i e n t s t u f f t h em a i nw e r kc a nb eg e n e r a l i z e da sf o l l o w i n g ： f i r s t l y , i n v e s t i g a t e t h es t a t u sq u oo ft h em o s ta d v a n c e d0 s e kd e v e l o p m e n tt o o l k i ta n d a s c e r t a i nt h er e q u i r e m e n t sf o rs m a r t i d e s e c o n d l y , p u tf o r w a r dam e t h o d o l o g yo f d e s i g n i n g a l m o s t a l li ns u c hf l o w ：w h yt od e v e l o p s u c ht o o l s ”- h o wt od e v e l o p ”w h a ta r et h ea d v a n t a g e s ” t h i r d l y , s o l v et h ek e yt e c h n o l o g i e s 。a l s ot h ed i f f i c u l t i e s ，s u c ha sv i s u a la c t i o no p e r a t i o na n d a u t o m a t i cc o d e g e n e r a t i o n a tl a s t , p r e s e n tt h er e s u l to ft e s t i n g a sam a t u r ep r o d u c to fi d e ，p l a n t yo ft e s t sa n d c o m p a r i s o nm u s tb em a d e t h ep a p e r w i l la l s op r e s e n tt h ep r o c e s so f t w ok i n d so f c o m p a r i s o n ：t o t h et r a d i t i o n a ld e v e l o p m e n tf l o w ( v e r t i c a lc o m p a r i s o n ) ，a n dt ot h eo t h e rp r o d u c to fs i m i l a r i t y ( h o r i z o n t a lc o m p a r i s o n l t h eb o r no fs m a r t l d e ，w i l lb r i n ga ne v o l u t i o n a r yc h a n g et oo u rd e v e l o p m e n tf a s h i o n i ti s t h em o d e ld r i v e nm e t h o d w h i e hw i l lr e p l a c eo ft h eo b j e c td r i v e nm e t h o d t h u sw ec a i ld oo u r d e s i g nm o r ee f f i c i e n t l ya n dm o r ea s s u r e d m e a n w h i l e ，t h es o f t w a r ea n dh a r d w a r et e s t t o o l sc a n m a k et h ei d ef u r t h e rp o w e r f u l w ec a nm a k et i m es a v i n ga n de v e nn oe r r o rh a p p e n i n g t h ep a p e rr e c e i v e df u n df r o m ：n a t i o n a l8 6 3s u p p o r t ( 2 0 0 3 h a l z 2 1 4 0 ) a n dn a t i o n a l8 6 3 s u p p o r t ( 2 0 0 4 a a l z 2 1 8 0 ) k e y w o r d s ：i n t e g r a t e dd e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t ；r e a lt i m eo p e r a t i n gs y s t e m ；v i s u a l p r o g r a m m i n g ；a u t o m a t i c c o d eg e n e r a t i o n ：s c h e d u l a b i l i t y a n a l y s i s ；p a r s et e c h n o l o g y 第2 页，共8 9 页 浙江大学硕士论文 s m a r t o s e k 集成开发环境研究和实现 第一章引言 1 1 项目背景 s m a r t i d e 是s m a r t o s e k 操作系统8 6 3 项目的一个重要组成部分。 结合8 6 3 项目的要求，s m a r t 0 s e k 操作系统平台研究目标是：针对我国汽车电子领域的 汽车动力总成电子控制系统的自主国产需求，研制一种面向汽车电子控制的嵌入式软件平 台，建立符合汽车电子控制与o s e k 标准的、超微型实时安全的嵌入式操作系统，以及面向 汽车电子的嵌入式动力总成控制应用的基础与专用编程接口( 与一汽、吉林大学合作) ；基 于该平台，研制开发大型卡车的动力总成电子控制系统，形成行业标准与规范，提升我国汽 车电子领域嵌入式软件自主开发能力。这个项目主要有两部分组成，一是操作系统内核的研 究，一是集成开发环境的研究，本论文主要是从集成开发环境研究的角度出发。 其中i d e 的主要研究内容为：基于s m a r t o s e k 操作系统，开发面向汽车电子和其他相 关数字化设备的可视化集成开发环境，其中包括图形建模和自动代码生成工具、o i l 配置工 具、内核追踪工具和调度分析工具等。 1 2 个人研究背景 本人主要从事嵌入式系统方向的研究，曾先后参加大型故障诊断系统项目和支持汽车电 子的嵌入式软件平台项目的开发。在项目中我所做的工作有： 基于s a i1 0 0 芯片的嵌入式系统板子的设计和实现 嵌入式故障诊断系统数据存储、数据解析模块的设计和代码实现 在这个故障诊断项目中，我对嵌入式系统、嵌入式实时操作系统有了比较深刻的认识。 正因为有这样一种认识，后来我参加车载操作系统项目。 s m a r t o s e k 内核模块设计和实现，包括事件模块、消息邮箱模块和时间管理模块等。 参与任务模块的设计。 在操作系统内核设计基本完成，并经过一系列的功能性能测试的情况下，操作系统集成 开发环境提上了议程，成为我硕士生毕业论文的方向。本论文主要介绍集成开发环境 s m a r t l d e 的开发和实现。 负责s m a r t o s e k 内核和s m a r t l d e 系列工具的专家测试。为了将s m a r t o s e k ； l js m a r t i d e 进一步产品化，并推向社会，决定进行专家认证，我负责准备测试报告、测试大纲以及 测试流程。 现在s m a n i d e 的最初版本开发已经完成，在s m a r t o s e k 内核开发和s m a r t l d e 的开发 过程中，我对嵌入式操作系统、嵌入式实时操作系统。特别是车载实时操作系统有了更进一 步的了解。 个人论文发表：g u f a n g , w uz h a o h u i ，y u e l o n g ，a l p h a o s ，a na u t o m o t i v er t o sb a s e do n o s e k v d x ：d e s i g na n dt e s t ，i e e ei n t e r n a t i o n a lc o n f e r e n c eo nn e t w o r k i n g ，s e n s i n ga n d c o n t r o l ，2 0 0 5 旃5 页，共8 9 负 浙江大学硕士论文 s m a r t o s e k 集成开发环境研究和实现 1 3 论文组织结构 本论文不但将对o s e k 操作系统的突破性开发理念( s m a r t i d e ) 进行说明，而且还将 阐述s m a r t i d e 的具体开发方法，论文的结构如下。 首先介绍实时操作系统( r t o s ) 的概念，特点和分类( 第二章) ；接着对o s e k v d x 和 s m a r t o s e k 进行了简要的描述( 第三章) ，随后将提出操作系统集成开发环s m a r t l d e 的概 念( 第四章) 。 本论文的主体( 第五章到第八章) ，主要讨论如何开发集成开发工具，包括从软件的设 计、实现以及涉及到的技术细节。每个工具的开展都是由以下四个部分组成。 工具设计的背景与开发目的：介绍为什么要开发这个工具； 软件开发需求：介绍工具的主要功能； 软件的设计与实现：怎样开发这个工具，涉及到的关键技术： v ， 软件的特点与界面展示：总括了软件的功能、性能特点并展示了部分开发界面。 本论文的最后章节( 第九章) 是总结和展望，先介绍s m a r t i d e 的设计特点，包括s m a r t i d e 的个性化设计开发流程和它与传统开发流程的比较( 纵向比较) 。接着给出测试评估结果， 包括功能测试结果和它与目前国外同类产品的比较( 横向比较) ，最后提出s m a r t i d e 的发展 前景。 第二章实时操作系统 2 1 实时操作系统概述 “实时操作系统”泛指所有具有一定实时资源调度以及通讯能力的操作系统。“实时” 在不同语境中往往有着非常不同的意义，某些时候仅仅用作“高性能”的同义词。但在操作 系统理论中“实时性”通常所指的是特定操作所消耗的时间( 以及空间) 的上限是可预知 的。比如，如果说某个操作系统提供实时内存分配操作，那也就是说一个内存分配操作所用 时间( 及空间) 无论如何也不会超出操作系统所承诺的上限。实时性在某些领域非常重要， 比如在工业控制、医疗器材、影音频合成、以及军事领域，实时性都是无可或缺的特性。 2 2 实时操作系统的特点 1 j 实时操作系统的特点 实时操作系统应该具有以下几个方面的特点： 异步的时间响应一一实时系统要能在系统要求的时间内响应异步的外部事件，要求有异 步i 0 和中断处理能力； 切换时间和中断延迟时间确定； 优先级中断与调度； 允许用户定义中断优先级和被调度的任务优先级，并指定如何服务中断； 抢占式调度一为保证响应时间，实时操作系统必须允许高优先级任务一旦准备好运 第6 页，共8 9 员 浙江大学硕士论文 s m a r t o s e k 集成开发环境研究和实现 行，马上抢占低优先级任务的执行； 内存锁定一必须具有将程序或部分程序锁定在内存的能力，锁定在内存的程序减少了 为获取该程序而访问磁盘的时间，从而保证快速的响应时间； 连续文件一提供存取磁盘数据的优化方法。使得存取数据的查找时间最少，通常要求 把数据存储在连续的文件上： 同步提供同步和协调共享数据使用和时间执行的手段。 总的来说，实时操作系统是事件驱动的，能对来自外界的作用和信号在限定的时间范嗣 内做出响应，它强调的是实时性、可靠性和灵活性。 2 j 实时操作系统和一般铸统操作系统比较 从表现上讲，r t o s 是实时嵌入式系统在启动之后运行的一段背景程序。应用程序是运行 在这个基础之上的多个任务。r t o s 根据各个任务的要求，进行资源( 包括存储器、外设等) 的管理、消息管理、任务调度、异常处理等工作。在r t o s 支持的系统中，每个任务都有优先 级别，r t o s 根据各个任务的优先级来动态的切换各个任务，保证对实时性的要求。这种体系 结构简化了编程结构，比过去的循环控制的体系结构一种实时操作系统调度模型有了很大的 改进。 从性能上讲，r t o s 和普通的o s 存在的区别主要是在“实时”二字上。“在实时计算中， 系统的正确性不仅仅依赖于计算的逻辑结果而且依赖于结果产生的时间。”从这个角度上看， 我们可以把实时系统定义成“一个能够在实现指定或者确定的时间内完成系统功能和对外部 或内部、同步或异步时间做出响应的系统”。 从设计应用软件讲，由于实时操作系统的特点，实时应用软件的设计一般比非实时应用 软件设计难一些，因此设计出一套实时操作系统集成开发环境，帮助应用程序设计者殴计和 测试显得日益重要。 总之，实时操作系统和一般传统的操作系统相比，更加注重有效性和预测性。并且包括 时间控制特性。 2 3 实时操作系统的类型 开发实时操作系统需要更多的关注将来在其上设计出合适的应用。根据不同的应用，可 以有很多种不同的侧重点，不同的侧重点对应了不同的分类方法。 1 ) 按照实时调度算法来分类 周期性和非周期性 周期性就是系统通过传感器或者其他周期性设备对外部环境的变化做出探测，对在这个 周期内探测到的变化做出反应。比如在化工厂中反应炉的温度探测控制，如果探测到温度升 高一定水平，需要添加某种材料，保证化学反应的效率，并且将温度f 降。 非周期性就是外部事件是循环性发生的但不是有规律性的，或者是突发事件。比如说， 一架客机飞入一个进行空中交通管制的管制范围内所产生的事件。使用非周期性的检测就比 周期性检测要好一些。 硬实时和软实时 硬实时和软实时的区别就在于对外界的事件做出反应的时间。硬实时系统必须是对及时 的事件做出反应，绝对不能错过事件处理期限情况。在硬实时系统中如果出现了这样的情况 就意味着巨大的损失和灾难。比如说核电站中的堆芯温度控制系统，如果没有对堆芯过热做 出及时的处理，后果不堪想象。 第7 页，麸8 9 页 浙江大学硕士论文 s m a r t o s e k 集成开发环境研究和实现 软实时系统是指，如果在系统负荷较重的时候允许发生错过期限的情况而且不会造成 太大的危害。比如说程控电话系统允许在1 0 5 个电话中有一个接不通。 硬实时系统和软实时系统的实现区别主要是在选择调度算法上。选择基于优先级调度的 算法足以满足软实时系统的需求而且可以提供高速的响应和大的系统吞吐率：而对硬实时 系统来说，需要使用的算法就应该是调度方式简单，反应速度快的实时调度算法了。大多数 实时系统是二者的结合。 2 j 按照实时操作系统的应用特点采分类 实时操作系统可分为两种：一般实时操作系统和嵌入式实时操作系统。它们的主要区别 在应用场合和开发过程。一般实时操作系统应用在实时信息处理和实时查询系统等实时性较 弱的实时系统，并且提供开发、调试、运行等环境。而嵌入式实时操作系统应用于实时性要 求高的实时控制系统，而且应用程序的开发过程是通过交叉开发完成的即开发环境和运行 环境不一致。嵌入式实时操作系统具有规模小( 一般在几十k 内) 、可固化、实时性强( 在毫秒 或微秒数级别) 的特点。 3 ) 按照实时操作系统的应用领域采分类 实时操作系统可以分为：车载实时操作系统，工业实时操作系统，航空实时操作系统等， 只要是相关领域的操作系统需要实时性。每个领域对实时性的要求不同，并有一定自己的标 准，而对于车载领域而言，0 s e k v d x 成为新一代的标准。 s m a r t o s e k 属于硬实时、车载嵌入式实时操作系统。 第三章o s e k v d x & s m a r t o s e k 3 1o s e k ，、，d x 提出背景 随着全球汽车行业竞争的加剧，汽车电子产品和软件市场已经成为国际汽车巨头开展竞 争的新战场；而同时随着汽车电子系统复杂度的提高，以往一个企业单打独斗、“垂直综合 型”产品开发模式已经很难满足复杂开发任务和成本目标的需要。汽车电子化进程带来的新 问题可概括如下： 1 )随着车载控制系统日益先进和复杂化，软件开发工程师所面临的工作量和压力也越 来越大。据专家估计，每辆汽车投入的软件开发工数( 时间及人力) 在2 0 1 0 年将达到 2 0 0 2 年的5 - 1 0 倍。 2 )汽车电子系统设计复杂化和单个企业“垂直综合型”开发模式造成了可靠性隐患， 从而导致汽车因安全隐患被“招回”的现象频繁发生。一些国际顶级汽车制造商已 经因此倍感痛苦。 3 )随着大量的嵌入式产品涌向市场，汽车产品开发商将面临着激烈的市场竞争。谁能 在最短的时问内推出高质量的产品，谁就能抢占先机。缩短开发周期，提高开发效 率，成为汽车产品开发商重点关注的问题。 上述问题归结到一点，就是车用控制软件缺乏重用性和兼容性。在开发和管理与应用不 相关的控制单元软件时，尤其是像车用嵌入式操作系统内核等软件，存在重复的巨额开销。 因为不同的接口和协议，不同厂商生产的控制单元没有兼容性。 第8 页，共8 9 页 塑婆查堂堡主丝兰 ! 竺璺q ! 坠叁壁墅叁堡堡堕窒塑塞垫 如果能规范不同供应商之间汽车电子产品和元器件的互通性，实现车控软件的接口标准 化，那么汽车电子行业就可建立国际问广泛的合作关系。分享汽车电子领域的技术积累，向 “水平分业型”开发方式转变从而缩短产品开发时间、降低开发成本，从根本上提高产晶 的可靠性。 国际业界早已着手开始解决这些问题。提出于1 9 9 3 年的o s e k v d x 体系，它的开放式 体系结构提供了标准化接口。经过十多年的发展，o s e k v d x 已经引起了全球的强烈关注。 它的主旨是从已有软件的可移植性、可扩展性和可重用性角度出发，采用基于标准化接口和 协议的构件化、模块化设计。同时，o s e k v d x 还允许不同供应商把不同的模块集成在车 控系统中。 3 2o s e k n d x 介绍及o s e k 操作系统现状 o s e k v d x 标准是欧洲汽车工业标准，致力于为汽车电子产生开放系统接口。从1 9 9 3 年德国汽车工业界提出车内多控制单元的开放式分布控制开始，o s e k 标准的推广和应用日 新月异并带来了种种好处：节约成本和开发周期，提高不同公司控制单元的软件质量，标准 化不同体系结构设计的接口特性，通过有序利用分布于各汽车的成果( 包括已经存在的代 码) ，来提高整个系统的性能提供不同实现个体之间的绝对独立，做到良好的可移植可扩 展性以及对已有软件资源的重用。 当前，从国际市场来看，o s e k 标准颁布之后，在汽车行业引起了广泛关注和实践越 来越多的供应商遵照标准进行开发设计，并使其产品通过了o s e k 认证，在后期的推广和 应用中成为标准的受益者之一，同时也极大的推动了o s e k 标准的发展，促进了汽车电子 控制软件领域的长足发展。 从o s e k 官方网站提供的认证通过者名单来看，著名的汽车电子嵌入式实时操作系统 都在其中。下面简单列举一些通过o s e k 认证的操作系统 1 ) o s e k t u r b oo s 是一个小型、快速、可靠、可扩展的实时操作系统，提供了一套r t o s 服务来开发嵌入式应用程序，为实时应用程序提供快速任务切换时间。该操作系统 占用极小r a m 和r o m 空间。公司网站h t t p ：w 、w m e t r o w e r k s ，c o m 。 2 ) n u c l e u so s e k 是o s e k v d x 操作系统的全面实现，满足所有一致类，多种漏度算 法，资源和事件管理，报警及用户定义计数器。为了简化开发，n u c l e u so s e k 配 置器把用户对o s e k 对象的说明转换为o i l 格式，继而转换为c 文件。主要以a n s i c 写成，以c 函数库的形式实现，只有应用程序用到的部分才链接为可执行映像， 极易移植。公司网站h t t p ：w w w a c c e l e r a t e d t e c h n 0 1 0 9 y c o r n 。 3 ) 0 s c a n 是一个多任务操作系统，对微控制器上的使用有着最优性能。基于v e c t o r i n f o r m a t i k 公司在微控制器操作系统和驱动程序上的多年经验，o s c a n 的出现代表 了更小、稳定的操作系统内核。o s c a n 是一个静态操作系统，小而快，是完全抢占 型操作系统，提供控制优先级的任务管理和不同的同步机制，支持基于时间和基于 事件的体系。灵活的中断概念令在中断服务程序星也可使用系统服务。公司网站 h t t p ： | w ，v e c t o r i n f o r m a t i k d e ， 4 ) o s e k w o r k s 提供了模块性、性能和灵活性的独特的结合。其高度模块化的体系令用 户可以限制应用程序所使用的o s 服务，优化存储器使用率对特定对象，如任务， 可根据不同o s e k v d x 类型进行裁剪，令r a m ，r o m 需求达到最小。调度燕略以任务 和资源的优先级排列，用户可在其中选择，配合以事件和中断处理程序的适当使用， 来优化应用程序速度。公司网站h t t p ：w w w w i n d r i v e r c o m 。 第9 页，共8 9 页 浙江大学硕士论文 s m a r t o s e k 集成开发环境研究和实现 5 )e r c o s e k 是一个硬实时系统在过去几年里，e r c o s e k 已经在汽车行业多个大 规模生产项目里证实其可靠性。为提高移植性，以c 函数库的形式实现。公司网站 h t t p ：e n e t a s g r o a p c o m 。 6 ) p r o o s e k 实时操作系统不只可用于汽车工业，而且可用于任何资源受限的系统，操 作系统中的资源数目是静态提供的，只依赖于应用程序的需求。其突出性能包括可 移植性，图形配置环境和自动代码生成。p m o s e k 已经被广泛使用于汽车工业，已 经整合到宝马7 系列的大部分控制设备里。公司网站h t t p ：w 3 s o f td e 。 7 1r t a ( r e a l o g yr e a l - t i m ea r c h i t e c t ) v e r s i o n3 0 是汽车工业的第一个全面可分 析，确定性的，符合o s e k 标准的实时操作系统。r t a 是个高效，可裁剪的单堆栈 操作系统，采用最后期限单调分析理论( d m a ) 来执行四种严格评估：可调度性分 析，灵敏性分析，优先级分配，能量使用率最小化，消除了采用常规操作系统时引 入时间故障的危险。公司网站h t t p ：w w w 1 i v e d e v i c e c o m a 就国内来讲，如同汽车电子的整体发展一样，了解o s e k 标准相比国外晚了很多。就在 这两年才有部分高校关注o s e k 标准，并尝试设计一个自主产权的符合o s e k 标准的操作 系统。 3 3s m a r t o s e k 根据8 6 3 项目要求，我们和一汽联和开发符合。o s 既v d x 标准的车载操作系统 s m a r t o s e k 。我们利用开放源码机制，结合实验室本身在嵌入式操作系统方面的技术积累， 研发一套面向汽车电子的、参照欧洲o s e k 标准的嵌入式实时操作系统，通过裁减与移植， 支持多种国际主流处理器的、实现超微型实时安全的汽车电子嵌入式操作系统。操作系统内 核实现可抢占式内核，多种实时调度机制，满足实时性要求高的汽车电子产品。 s m a r t o s e k 以m o t o r o l am p c 5 5 5 、m p c 5 6 5 芯片为基础运行平台，并可以移植到多种国际 主流处理器，可满足不同的硬件需求。参照o s e k 标准，支持核心系统调用和o s e k 标准的基 本程序库，支持c 语言。s m a r t o s e k 平台遵循的标准版本为o p e r a t i n gs y s t e m ( o s ) 2 2 ，l ， c o m m u n i c a t i o n ( c o m ) 3 0 1 ，o s e ki m p l e m e n tl a n g u a g e ( o i l ) 2 4 1 ，申请认证的t e s t s u i t e 参照版本为c b 4 5 。目前基本实现的一致类是o s 的b c c i 、e c c i ，c o m 的c c c a 、c c c b 。 s m a r t o s e l ( o s 的核心功能和技术要点： ， 深度嵌入的超微型、强实时操作系统内核； 遵循o s e ko s 、o s e kc o m 、o s e ko i l 标准； v ，支持8 位、1 6 位和3 2 位的处理器； v ， 支持系统静态配置； 严格的片内存储器要求内核小于i o k 字节； y ， 满足高实时性要求，上下文切换时间小于l o u s ： v ， 支持全抢占、非抢占和混合式调度方式； 支持a l a r m 完成周期性任务： 支持任务通过事件( e v e n t ) 和资源( r e s o u r c e ) 进行同步 支持o s e ko s 一致类中的b c c i 、e c c i ； 基于消息机制支持设备内部的通讯； 提供通知机制向任务报告消息收发情况； v ， 提供消息收发的过滤算法； 第1 0 页，共8 9 页 浙江丈学硕士论文 s m a a o s e k 集成开发环境研究和实现 支持0 s e kc o m 一致类中的c c c h 、c c c b ： 支持用户通过0 i l 对平台进行配置； 基于多种国际主流处理器，包括：a t 8 9 c 5 1 、i n t e l1 9 6 、f r e e s c a l em p c 5 5 5 、6 8 h c s l 2 、 p h i l i p sl p c 2 1 1 9 、t it m s 3 2 0 c 2 4 0 7 、a d ib l a c k f i n5 3 3 等。 s m a r t o s e k 利用分类树的方式通过了多轮功能测试，功能指标符合o s e x 标准。在性能 指标上，任务切换时间达到7 5 u s ，并且在无资源情况下，操作系统内核可以裁减到4 3 1 ( 。 第四章操作系统集成开发环境& s m a r t l d e 4 1i d e 的重要性 软件集成开发环境是一组相关软件的集合，它支持一定的软件开发方法，或按一定的软 件开发模型组织而成。也就是说，我们可以用组相关的软件，通过一定的开发方法来集成 应用软件。 在嵌入式领域，嵌a 式支撑软件是嵌入式系统的基础。通常，嵌入式系统本身不具备自 主开发能力，要求用户直接在代码级进行应用的开发，费时费力而且容易出错，而通用计算 机具有完善的入机接口界面。在上面增加一些开发应用程序和环境即可进行对自身的开发。 因此，对于嵌入式系统，一套辅助的开发工具和环境是必须的，这样才能真正减少开发时间， 保障软件质量。 嵌入式软件系统开发环境的发展趋势： 开发工具的高度集成功能完备，丰富的工具包和构件库； 可视化的界面，友好的i d e 环境： y ， 准确高效的系统性能指标测定。 利用集成环境进行开发有以下优点： 开发周期短：集成开发将各具特色的末端应用开发工具及支持集成开发的功能控件 组成在一起，构成合乎用户要求的应用程序，这种开发方法的开发周期明显短于所 有的软件功能都由开发人员实现的周期； 开发的系统质量高、易于维护； 系统升级方便。 4 2o s e k n d x 的操作系统i d e 比较 任何一种商业实时操作系统，不仅仅提供内核，并且提供外围集成环境。国外符合o s e k 标准的操作系统都提供一系列的集成开发工具，方便用户使用。 下面列举几个著名操作系统的i d e 情况，关于其操作系统内核特性的介绍请参见3 2 。 1 ) r t a 0 5 e k 操作系统 r t a o s e k 操作系统，不仅提供最小最快的操作系统内核，- 并且为设计、开发、分析以及 发布嵌入式可抢占实时系统提供工具和软件模块。r t a o s e k 由一个内核雨j 三个组成工具纽 成： 第l t 页，共s 9 夏 浙江大学硕士论文 s m a r t o s e k 集成开发环境研究和实现 一个符合0 s e k 标准的运行内核。 计划工具( p l a n ) ：一个独特的性能分析工具它使用一种应用程序的时间模型来证明 所有性能的期限可烈满足需求，它可以迸行可调度分析敏感度分析，堆栈大小分析， 晟小c p u 速度分析等。 v ， 追踪工具( t r a c e r ) ：软件逻辑分析仪，它利用简单的e c u 链接( 例如：c a n ，r s 2 3 2 或 者b d _ i ) 和目标系统连接，从而观察实时对象的运行情况；追踪数据可以在主机上图形 化显示，并且可以被过滤和被录制文什中；可以在使用操作系统的时候做戌用级调试， 可以促使更快更好的理解系统行为。 配置工具( b u i l d e r ) ：一种0 s e k o s 配置工具，它提供图形环境米形容一个系统作为 一种工业标准0 i l 文件。可视化0 s e k 配置工具，创建o s 对象，例如任务，中断资源 等，就像是一个简单的g u i ；应用a p i 的自动检查可以加快接个开发过程；自动为应用 程序中每个任务和中断生成头文件。 图4 1r t a - o s e k 的集成开发环境之一( 计划工具) 图4 2r t a - o s e k 的集成开发环境之二( 配置工具) 第1 2 页，共8 9 页 堑至奎堂堡主堕塞 ! 竺竺q ! ! 垦簦堕堑茎堑望鲨塞塑塞堡一 2 】o 征k t u r b o o s 操作系统 o s e k t u r b oo s 操作系统集成开发工具有两个主要工具组成； o i l 配置工具( o s e ko i l ) ：主要对o i l 文件进行可视化配置，并调用第三方编译 工具将操作系统编译成可用的0 模块。 时间分析工具( d s d e s i g n ) ；对应用程序进行可调度分析。 图4 3o s e k t u r b oo s 的集成开发环境之一( o s e ko i l ) 3 ) o s e k w o r k s 操作系统 o s e k w o r k s 提供了开放式集成开发环境t o r n a d of o ro s e k w o r k s ，除了本身提供 的编译、图形化调试以及分析诊断、实时分析、o i l 配置等强大功能外它还提供了与 建模、仿真、快速原型以及自动代码生成等其他第三方上层工具集成的应削接口。 4 ) e r c o s e k 操作系统 该操作系统提供的集成工具有： 控制算法建模、o i l 配置、自动代码生成等强大功能的集成开发环境a s c e t _ s d 配置环境e s c a p e 0 i l 配置工具e r c o s e k - o i l 总之，国内外符合o s e k 标准的操作系统提供的集成开发环境大致情况如表41 所示， 从中我们可以发现几个比较重要的信息： 国际优秀的o s e k 标准的操作系统都提供了相应的集成开发工具。 图形配置及编程工具是o s e k 操作系统得必备工具之一。原因也是显而易见的。o i l 作为o s e k 的配套标准，其书写形式是比较晦涩的盛须提供一个图形配置工具，方 便用户进行操作。 系统分析工具和调试监视工具，只有一部分操作系统配备，这两个工具是为了测试和分 析应用程序而设计的。对于程序设计者而言，有着重大的辅助意义。 操作系统级的图形建模工具，几乎没有操作系统配备这样一个工具。 分析了同类i d e 后，我们看看s m a r t l d e 应该怎样设计和实现。 第1 3 页，共8 9 页 浙江大学硕士论文s m a n o s e k 集成开发环境研究和实现 9 s 名称 o s e kn u c l e u s0 s0 s e kp r or t ae r c 具体环境 t u r b oo s e kc a nw o r k so s e ko s e k0 s e k 图形配箕及编程 调试监视工具 系统分析工具 控制算法建模工 具 操作系统级建模 工具 表4 1国外符合o s e k 标准的操作系统提供的集成开发环境 ( 打表示该操作系统具有这样的工具) 4 3s m a r t i d e s m a r t i d e 作为s m a r t o s e k 的集成开发环境，它的存在为设计者们在操作系统内核和应 用程序开发之间搭建了一座桥梁。s m a r t o s e ki d e 支持的核心功能： 支持o s e k o i l 规范： 支持对操作系统内核模块、通讯模块的配置： 可以解析o i l 、生成o i l 文件； 支持自动生成系统主函数： v ， 支持用户进行可视化的系统配置； 支持用户进行图形化的系统建模和设计： 支持自动代码生成； 支持基础代码复用： 支持用户在线进行任务运行时问计算； 支持系统任务集的响应时间和可调度性分析。 为了实现所有的核- b 功能，并借鉴了国际上最先进的几套o s e k 操作系统工具的原理， 我们设计的s m a r t d e 包含下面几个工具： 图形建模i 具( s m a r t d e s i g n e r ) o i l 配置工具( s m a r t o i l l o s 内核追踪工具( s m a r t t r a e e 0 调度分析i 胃, ( s m a r t a n a l y s e r ) v ， 编译工具( s m a r t c o m p i l e r ) ：该工具尚处于开发阶段，不在本论文中阐述。 其中图形编辑工具是整个集成开发环境的主体，为用户提供图形化编程和自动代码生成 的功能，并且自动链接第三方编译工具生成最终的可执行代码。o s 内核追踪工具提供硬件 测试，帮助用户了解应用程序的整个调度过程，并且给出每个任务的大概执行时间。而调度 分析工具提供软件分析，帮助用户分析应用程序的可调度性。o i l 配置工具主要是针对o s e k 标准中的o i l 文件，提供对o i l 文件的备项操作功能。 第1 4