面向车载终端的嵌入式可视化集成开发环境及其产业化推广项目可行性计划书可编辑.doc

.面向车载终端的嵌入式可视化集成开发环境及其产业化推广项目可行性计划书 目 录1选题的必要性111项目所处技术领域产业政策112项目所处技术领域技术发展现状213项目技术先进性对相关领域技术进步的推动作用1214项目目前进展情况132技术方案论述1421项目创新点及达到的技术水平14211项目创新点论述14212项目完成时达到的技术水平1522项目技术方案论述16221项目主要研究内容概述16222嵌入式Linux操作系统解决方案18223可视化集成开发环境解决方案22224标准构件库25225车载信息终端产品及产品开发模式2623项目技术质量指标29231项目产品达到的主要技术性能指标29232通过的国家相关行业许可认证3024分阶段描述项目执行过程中各阶段目标3125项目经费预算情况32251项目投资总额32252项目已完成投资项目须新增投资及投资构成和投资预算32253申请科技三项经费的使用预算353项目实施支撑条件3531项目技术来源知识产权3532项目技术来源技术积累38321中兴在嵌入式系统方面的技术积累38322中兴在Linux操作系统及集成开发环境方面的技术积累38323中兴在手机终端及汽车电子方面的技术积累3933已具备的产业化基础40331863项目面向通讯行业的嵌入式软件开发平台40332信产部电子基金项目智能手机Linux操作系统4134项目实验检测条件42341中兴在嵌入式系统方面的实验平台42342中兴在Linux操作系统及集成开发环境方面的实验平台42343中兴在手机终端及汽车电子方面的技术互通42344充分利用已有的产业化基础4235项目申请单位人才资源情况434项目预期经济效益4541预期市场需求4542预期盈利水平48一项目形成的生产能力48二采用量-本-利分析法找出盈亏平衡点50三预计年产量品种产值利税5243预期产业化前景5244项目实施风险分析535项目预计社会效益环境效益5451项目经济和社会效益分析5452对资源利用情况5553对人才培养情况5554环境影响及效益556 附件57附件1 中兴通讯对本项目的授权证明57附件2 中兴软件配套资金承诺证明58附件3 相关证书59选题的必要性项目所处技术领域产业政策进入21世纪以来国际汽车产业正在发生根本性的变化突出表现为全球汽车产销格局发生转变美欧日等发达国家汽车需求增长趋缓亚太东欧南美等新兴汽车市场增速趋快国际跨国汽车集团为适应这一变化正在加紧自身结构调整加快了汽车制造业向发展中国家转移步伐专家预测2015年发展中国家的汽车产量占全球的份额将由目前25增加到48这种变化将为发展中国家的汽车工业带来发展机遇市场竞争日趋激烈营销理念不断更新欧洲美洲亚洲成为支持汽车产业发展的三大市场以中国为代表的亚洲更是市场争夺的重点技术创新成为获得核心竞争力的关键当前国际汽车市场竞争的实质就是技术创新能力的竞争世界各大汽车公司已把主攻方向从规模效应转向以微电子技术和信息技术为代表的高新技术改造汽车工业特别是汽车电子技术将得到更快发展汽车工业将全面进入汽车电子时代现代汽车技术与电子技术信息技术融合在一起形成了汽车电子这个最具前景的新兴产业汽车已经不再是简单的交通工具而成为现代科技的载体和结晶几乎所有的电子信息产品都可以应用于汽车整车信息技术在汽车领域的深度应用推动汽车发生革命性变化汽车电子由此成为新的经济增长点之一也极大地拓展了信息产业的发展空间所以发展汽车电子是推动信息技术和产品革新的重要途径随着我国汽车市场的快速发展和汽车电子价值含量的迅速提升汽车电子产业将发挥巨大的经济规模效应成为我国国民经济发展的新兴支柱产业和新的经济增长点为了抢夺国内巨大的汽车电子市场国家出台了大量的政策并采取切实措施对汽车电子行业进行大力扶持目前汽车电子已经成为国家重点发展的产业2004年5月国务院国家发展和改革委员会颁发了汽车产业政策在该政策的技术政策部分明确规定国家支持汽车电子产品的研发和生产积极开展汽车电子产业加速在汽车产品销售物流和生产企业中运用电子信息技术推动汽车产业发展几大部委将在全国选择几个有发展潜力的区域成立汽车电子全国计算平台形成几大汽车电子产业基地基地内的企业享受国家相关优惠政策这些产业政策的实施为本项目的产业化发展提供了一个良好的政策环境2004年6月1日国家出台了新的国家汽车产业政策国家汽车电子发展规划明确指出国家将支持汽车电子产品的研发和生产积极发展汽车电子产业并且采取切实行动在科技发展计划中进行了重点支持为我国汽车工业摆脱核心技术空心化创造了条件和机遇项目所处技术领域技术发展现状当前国际汽车市场上汽车电子化竞争非常激烈电子控制系统的应用十分普遍统计数据表明在国外著名汽车制造厂商中每辆汽车平均消耗电子产品费用占整车的30左右其中光微处理器多达50多个越是高档汽车电子化程度越高汽车电子最显著特征是向控制系统化推进用传感器微处理器MPU执行器数十甚至上百个电子元器件及其零部件组成的电控系统正获得极其广泛的市场我国汽车工业步入持续快速发展时期并且随着能源排放安全法规的日趋严格和客户对汽车舒适性要求的不断提高电子技术在汽车上的作用越来越重要汽车的安全节能环保以及智能化和信息化是未来汽车的发展趋势在汽车技术的发展进程中汽车电子的作用尤为突出是开发新车型改进汽车性能最重要的技术措施汽车上70的创新来源于汽车电子未来汽车电子的发展将主要集中在动力总成控制底盘控制车身控制主动及被动安全汽车网络通信系统安全与防盗等方面并呈现出功能多样化技术一体化系统集成化和通信网络化的特点1中国电子信息产业发展研究院中国电子信息产业发展研究院承担的信息产业部2004年电子发展基金的重点项目汽车计算平台技术框架和发展战略该项目的主要目标是建立具有自主知识产权的汽车计算平台技术框架和标准体系加大技术创新和产业化力度提升我国汽车产业的技术竞争力该项目根据现代信息和汽车技术智能化网络化信息化和集成化的发展趋势在系统分析了汽车计算控制功能及其实现途径的基础上提出了汽车计算平台的技术体系框架使整车的计算和控制实现了系统一体化 2某集团2005年6月16日某集团联合阿尔派株式会社在大连发布了进军汽车电子领域的战略据介绍某和阿尔派合作了15年在车载音响领域积累了丰富的经验这一次某董事长刘积仁宣布了更加雄心勃勃的计划就是以汽车数字娱乐领域的经验为基础争取在GPS定位等方面谋求突破并逐步介入汽车电子信息系统其他领域 嵌入式软件开发外包的机会将在未来很长一段时间内存在这是刘积仁进军汽车电子领域的认识论基础他告诉记者中国具有丰富而廉价的人力资源阿尔派选择某这种国内的软件开发商将极大地降低开发成本而某也在合作的过程中不断提高自己的研发能力从基本的Coding逐步转向程序整体设计3飞思卡尔Freescale飞思卡尔汽车电子业务着重在汽车网络解决方案驾驶员信息系统轮胎压力监测系统车身控制模块系统等解决方案架构因MPC5500低成本柔性化定量化高性能的架构飞思卡尔将推广为动力总成和底盘应用建立以MPC5500为工业标准的平台这也表明半导体厂商已由单纯的元器件供应商向系统级解决方案供应商转变以适应汽车电子市场模块化系统化供货的需求另外飞思卡尔携手Metrowerks推进Linux在汽车娱乐电子系统的应用其硬件采用飞思卡尔面向汽车应用领域的mobileGT架构和Total5200开发平台以Linux支持包 BSP 对平台软件开发环境进行优化Metrowerks Linux BSP的特长在于创建多种多样的联网汽车产品集无线图形音频和GPS技术等特性于一体4WindRiver的汽车电子平台成立于1981年的Wind River SystemsWRS公司目前是全球提供嵌入软件和服务的著名公司之一WRS为各行业提供软件开发工具实时操作系统先进的连接手段包括电信数据通讯数码摄像网络医疗计算机外设汽车工业测量和控制航空等领域汽车电子是WRS重点发展的战略领域之一WSR推出的汽车电子平台Platform ADPlatform for Automotive Devices如图1-2-1所示其发展规划如图1-2-2所示图1-2-1 WindRiver的汽车电子平台图1-2-2 WindRiver汽车电子平台发展规划WRS的Platform AD的主要特点如下多操作系统支持策略现时支持VxWorks操作系统和Linux操作系统支持各种主流CPU提供丰富的BSP如PowerPC SuperH ARM MIPS Pentium XScaleFreescale MPC5200Renesas SH4 and SH4aSE SH7751R Solution Engine and SH 7770 Lambic 等可视的集成的有好的开发调试界面和丰富的工具高可靠性良好的可裁剪性支持第三方合作伙伴的软件包迄今为止WindRiver与许多全球领先的汽车电子厂商都有成功合作如BMWBoschBlaupunktDaimler ChryslerDelphiGMHarmanBeckerHyundaiMagneti-MarelliNissanSiemens VDOVWAudiOpelXanaviVisteon等另外风河将进一步加速发展车载资讯娱乐系统和telematics标准并以此推进COMET CommunityEnablingTelematicsObjectives 协作计划在欧洲的实施作为车载设备和telematics中间件领域的业内领先公司WindRiver为整个联盟提供了满足汽车市场需求的各种技术支持通过与COMET计划中其他公司的紧密合作WindRiver公司已经成为推动汽车工业发展进程中不可或缺的一股力量5Hopen汽车电子平台凯思昊鹏公司开发的Hopen汽车电子平台是新一代的智能化的汽车移动应用平台它以汽车为承载平台融合了安全通讯资讯娱乐导航办公服务等多种功能为汽车电子的发展起到了巨大的推动作用Hopen汽车电子平台实现的主要功能如下定位服务汽车通过GPS得到车辆当前的经纬度信息然后从GIS中心下载该地区范围的地理信息并在终端上显示汽车的正确位置求助服务当用户在车内遇到紧急情况时可以用最快的方式向外界发出求助信号通知有关人员或事故处理中心实现快速救援事务助理为汽车用户提供一些便利的事务处理功能主要包括个人助理和文件传输支持终端服务可以远程登录到办公室或者家里的计算机上在车载终端上访问计算机进行远程办公以及上网收发邮件等信息娱乐服务为汽车用户提供信息和娱乐服务主要功能包括多媒体播放移动梦网功能等提供汽车电子软件系统应用程序开发工具SDK用户可以通过互联网定制开机画面屏幕保护密码以及其他个性化设置运行平台软件采用LINUX操作系统硬件采用INTEL XSCALE尽管国内外已经有一些企业推出了针对汽车电子的一些软件产品但在本领域的竞争主要是是标准之间的竞争行业联盟之间的竞争目前的竞争处在初期阶段整个市场处在一个快速发展期远未达到饱和竞争状态为了在市场中赢得竞争优势一些行业标准和行业联盟也随之出现下面对其中主要的行业标准境进行简要介绍1OSEKVDX标准OSEKVDX是由欧洲汽车厂商和科研机构联合提出的一个项目主要目标是定义用于汽车电子的RTOS软件接口通信功能和网络管理等对汽车电子软件开发平台作了较为全面的定义与规定目前这一系列标准已被采纳为国际标准ISO17356为了解决汽车中软件含量增加在操作系统和通信网络方面重复开发软件工程师的效率不能满足高质量产品的要求等诸多问题欧洲汽车行业在20世纪90年代提出了车内多控制单元的开放式分布控制标准OSEKVDX Open System and Corresponding Interfaces for Automotive ElectronicsVehicle Distributed eXecutive 其含义是汽车电子系统的开放平台和统一接口主要包括操作系统OS通信COM网络管理NM和OSEK实现语言OIL等四个标准这些标准是欧洲汽车行业先进开发技术的总结提供了将各种先进汽车电子设备有机集合在一起的网络化嵌入式系统的开发规范图1-2-3 OSEK OS在OSEKVDX中的层次模型OSEK VDX操作系统OS定义了一个小的可伸缩的实时操作系统RTOS对于存储容量有限和功能专用的嵌入式系统是非常理想的从运行在8位微处理器上的系统到运行在32位处理器上的系统都可以使用这个OSOSEK VDX的OS可以对中断级系统行为级和任务级3个级别的事件进行处理此外操作系统还提供了任务管理调度事件管理内存资源管理报警和出错处理等诸多功能OS在OSEKVDX中的层次模型如图1-2-3所示OSEKVDX的通信COM定义了一个应用程序内或者应用程序之间进行任务间或者处理器之间通信的接口和协议该协议提供标准API服务每个标准都可以独立操作通信力求独立于协议并使其在任何环境下都能灵活运用与COM一起最常用的网络硬件是控制器局域网CAN它已成为工业标准网络协议应用于汽车和工业领域该规范并不排除其他网络协议如以太网的TCPIP协议点对点协议或者其他专用协议并且在单一的COM环境中多个硬件网络标准可以混合使用COM规范定义了异步通信模型应用程序在恢复运行之前不必等待消息并且当它得不到请求的消息时也不会被阻塞消息的内容和使用方法与COM无关OSEKVDX网络管理规范定义了监控静态网络中节点的算法提供了一个控制网络管理组件的应用程序接口API扩展了网络提供的状态和配置信息OSEKVDX的NM为网络监控提供了两种机制一种是通过监控应用的消息进行间接监控另一种是对于特定的网络管理利用标记机制进行直接监控OSEK NM的应用主要包括OSEKVDX NM 与应用程序的接口 API 节点监控的算法OSEKVDX NM 与OSEK COM 的接口转换到睡眠状态的算法OSEKVDX NM 协议数据单元 NMPDU 等另外为了达到软件可移植的目标OSEK OIL 规范提供一种在特定CPU 中配置OSEK 应用的机制每个CPU对应一个OIL描述所有的OSEK系统对象用OIL 对象来描述OSEK 应用的OIL 描述是一组OIL 对象的组合CPU 是这些OIL 对象的容器OIL 明确地为每个OIL 对象定义了所有标准属性每个OSEK应用可以定义附加的特殊执行属性和引用并限制每个属性的取值范围OIL文件可以是手写的或者是系统配置工具产生汽车工业API 标准的出现是在开发时间和降低成本提高软件质量和模块的可移植性上迈进了一大步不同的一致类不同的调度模式和静态配置的特征保证了OSEK VDX OS能广泛地运用在不同的场合适用于不同的硬件目前已经有很多能提供符合OSEK VDX 的操作系统供应商如WindRiverMotorolaETAS SysgoAccelerated Technologies 和Realogy 都在推动OSEK VDX的发展和应用我国已经将开发符合OSEKVDX标准的汽车电子嵌入式软件平台及关键技术的研究列入863计划的软件重大专项中以清华浙大等为代表的高校进行了前期的研究与相关企业等合作的产品应用也已经基本成型为实现符合OSEK标准的操作系统和平台的产业化打下了良好的基础2AutoSARAutoSARAutomotiveOpenSystemArchitecture汽车开放系统架构是由国际知名的几家汽车电子和软件业界的主要厂商建立起来的行业组织该团体由德国宝马戴姆勒克莱斯勒及罗伯特博世等公司于2003年7月设立其宗旨是为了规范汽车电子产品软件和元器件的互通性为汽车电子控制系统软件接口和软件模块制订标准其标准就是AutoSAR AutoSAR软件架构见图1-2-4 主要目标是确立汽车厂商及ECU厂商开发软件所需的通用基础统一汽车业界软件部件间的界面等以此提高以ECU为开端的软件开发效率使更新更为容易图1-2-4 AutoSAR软件架构目前AUTOSAR的核心成员共有9家公司分别是宝马罗伯特博世德国大陆戴姆勒克莱斯勒美国福特法国标致雪铁龙德国西门子VDO丰田汽车及德国大众起初AutoSAR致力于通过集成诸如操作系统总线技术通信层硬件抽象层API 应用编程接口 和标准库功能等元素对基本的系统功能进行标准化连接这些元素的粘合剂是AutoSar RTE 运行时间环境 AutoSAR RTE属于软件层它负责管理各种不同服务和底层硬件的标准软件接口这些软件接口是特定设备软件组件的主要组成部分按照RTE的定义RTE是一种虚拟功能总线它起到通信中心的作用ECU之间所有的信息交换都在RTE中进行RTE建立在提供诸如操作系统和网络通信等服务的基本软件层之上通过标准外围控制器抽象层 SPAL 这一基本的软件层实现了对硬件的抽象化其中SPAL包含了微控制器存储器和输入输出接口的标准驱动程序此外通过特定设备抽象层SPAL和底层的ECU可以互相通信这里的特定设备抽象层包含了外部设备的驱动程序并提供了API 应用编程接口 从而实现对设备及其外围的访问一系列可以直接访问微控制器资源的复杂的驱动程序如外围控制处理器和定时处理器单元还可以检测传感器的性能以及实现对执行器的控制包括诸如燃料喷射器之类的对时间要求严格的模块汽车制造商面临的其它严峻的挑战包括减少分布式微控制器的数量根据模拟器件公司的Steyerl提供的数据包含所有附加功能的最新的宝马5系列车型拥有95个ECU其中每个ECU至少包含一个微控制器应用更集成化的架构和更多的功能强大的芯片有望简化整个系统并大大减少嵌入式处理器的数量从而可以降低成本并改善可靠性3TelematicsTelematics是目前汽车电子行业蕴涵巨大商机的一种具有代表性的前沿技术简单的说Telematics就是指应用无线通信技术的车载电脑系统Telematics是远距离通信的电信Telecommunication和信息科学Informatics的合成词按字面可定义为通过内置在汽车航空船舶火车等运输工具上的计算机系统无线通信技术卫星导航装置交换文字语音等信息的互联网技术而提供信息的服务系统Telematics目前主要应用在车载系统上而最早是想通过提高互联网上信息的传播效率改善有关业务或政府有关的公共服务因此Telematics基本上可以认为是计算机与无线通信技术的综合产物根据使用目的不同可分为三种基本类型即交通信息与导航服务安全驾驶与车辆保护及故障诊断的车辆维护服务娱乐及通信服务为达到上述功能同时也需要提供全球定位系统技术地理信息系统GISGeo-graphic Information System智能型交通系统ITSIntelligent Transport Systems技术除了目前已有的车载音响车载电话等常用功能它还可提供卫星定位卫星导航无线PDA上网网络游戏在线电视等等先进业务功能非常强大汽车行驶当中出现故障时通过无线通信连接服务中心通过终端机接收邮件并查看交通地图在后座还可以玩网络电子游戏内置在发动机上的计算机记录汽车主要部件的状态并随时为维修人员提供准确的故障位置和原因目前整个国际汽车行业一片繁荣作为行业技术引领者的美国欧洲日本韩国等国家都以推出具有类似功能的汽车专业机构分析市场前景广阔4汽车总线协议目前汽车上普遍采用的汽车网络有局部互联协议LINLocal Interconnect Portocol控制区域网CANCortroller area network或称现场控制总线正在发展中的汽车网络技术还有高速容错网络协议FlexRay用于汽车多媒体和导航的MOST图1-2-5主要汽车总线协议对比图1-2-5是几种主要汽车总结协议的对比下面分别对上述协议进行简单介绍LINLINLocal Interconnect Protocol是一种低成本的串行通讯网络协议采用单个主控制器多个从设备的模式在主从设备之间只需要一根12V的信号线 最高传输速率可达20Kbps典型的LIN网络的节点数可以达到12个以门窗控制为例在车门上有门锁车窗玻璃开关车窗升降电机操作按钮等只需要一个LIN网络就可以满足要求而通过CAN网关LIN网络还可以和汽车其他系统进行信息交换实现更丰富的功能例如中控安全等LIN的主从式结构不会因为一个从设备的故障而破坏整个网络目前LIN已经成为国际标准被多数整车厂商和配件厂商所接受CANCANController Area Network是目前使用最广泛的一种汽车网络从10万元以下的国产赛弗到过百万的奔驰都不同程度的使用了CAN有统计显示2000年全球CAN节点的销售超过了1亿个节点CAN总线是一种多主方式的串行通讯总线最高速率可以达到1Mbps有很高的抗干扰能力连接于各个ECU之间的CAN总线实际上是由CAN控制器收发器和一对双绞线构成CAN总线控制器可以捡出各种错误并可以让出错的单元退出总线另外CAN总线还有优先级控制可以满足实时通讯在一辆汽车里通常有两条或三条独立的CAN总线速度低于125Kbps的CAN总线通常用于非关键实时的舒适系统例如天窗座椅门窗空调和前后灯一般而言这些系统会先就近连成一个LIN网络然后通过网关与CAN总线相连低速CAN总线有自动休眠功能总线可以让没有操作的节点进入节电模式在需要的时候再由总线唤醒高速总线的速度可以达到500Kbps甚至1Mbps主要用于关键实时系统例如引擎管理防抱死系统巡航系统底盘系统等高速CAN和低速CAN通过网关连接在一起构成整个汽车网络通常这些网关设在仪表盘FlexRayX BY WIRE是未来汽车的发展方向简单得说就是线控操作该技术来源于飞机制造基本思想就是用电子控制系统代替机械控制系统减轻重量提高可靠性其中X是指油门制动方向等操作例如电子油门电子制动电子方向控制等等由于整个设计思想涉及动力制动方向控制等关键功能对汽车网络也就提出了不同要求目前存在相互竞争的几种网络技术比如时间触发网络协议TTPTimetriggered protocol和高速容错网络FlexRay其中FlexRay得到众多实力厂商例如宝马大众通用支持最近包括丰田日产本田等一些亚洲汽车厂商也加入了FlexRay标准组织使之有可能成为事实标准FlexRay设计主要要满足两方面的要求首先是可靠性要求因此FlexRay采用冗余备份的办法分别由两条总线和两个网络控制单元构成一个完整网络每个ECU分别和两条总线相连正常情况下可以利用双通道进行数据传递当其中一个网络发生故障时也可以由另一个备份网络承担通讯任务其次FlexRay还必须满足速率要求发动机制动和方向等控制有很强的实时特性必须有很高的数据传输速率才能满足FlexRay采用时分多路访问技术TDMA将总线划分成很多时隙各设备按照优先级占用不同的时隙实现对总线的复用同时FlexRay支持星型连接和总线连接对高速设备可以采用点对点方式与FlexRay总线控制器连接构称星型结构对低速网络可以采用类似CAN总线的方式连接MOSTMOSTMedia Oriented Systems Transport合作组由汽车制造商视听设备制造商系统架构师以及核心构件提供商等合作建立他们共同定义和采纳了一组多媒体网络协议和应用对象模型BMW DaimlerChrysler HarmanBecker和SMSC在1998年创建了MOST合作组以对MOST技术进行标准化工作合作组代表了成员们的共同利益协调成员间的工作以便使MOST成为ISOSAEITSAMI-C等组织批准的车载多媒体标准MOST合作组负责开发和推广MOST技术不仅制定了光纤接口和连接器规范也发布了网络和应用的MOST平台规范此外MOST合作组定义了流模型和相关类例如具有输入输出功能的带数据的声音处理对象设备类例如媒体和通信设备等相关规范合作组还发布了应用层的功能目录例如媒体播放器收音机浏览系统等并提供了通过网络服务和事例实现而定义的基本网管定义了音频视频数字网络和通信高速包传输协议等设备的驱动MOST采用了先进的软件思想和方法学对基于汽车内的车载多媒体传输提供了统一的解决方案就协议发展的本身而言MOST和CANLINFlexRay等协议一道构成了针对不同问题的有机总线解决方案的整体而MOST同时由于其针对问题与其他三个总线标准的问题存在一定差异也就表现出了一定的独立性而这样的独立性由于其技术上OO方法学的支持具有较强的包容性同时业务目标相对单一直接得到产业界的支持和D2B与1394比较起来能够维持较长的时间成为汽车多媒体方面的主导标准项目技术先进性对相关领域技术进步的推动作用针对汽车电子行业对提高开发效率缩短产品开发周期的需求研制一种支持用户进行可视化系统开发的系统开发界面该开发界面采用所见即所得的设计思想为开发提供了快速开发系统的手段本项目建设的重点就是研制开发面向汽车电子的嵌入式可视化集成开发环境IDE该IDE可以运行在包括windows在内的多种操作系统环境下并提供一致的图形接口和人机界面所有的开发工具都适用于开发不同类型的汽车电子产品本项目将彻底改变上述汽车电子开发中存在的问题本项目的1 提供适用不同汽车电子产品的安全可信的嵌入式实时操作系统内核2 通过提供可视化的IDE开发环境交叉编译环境最小运行系统应用程序框架多操作系统支持多硬件平台支持等功能使研发人员能快速灵活地开发各种汽车电子产品3 规范了LINUX BSP的开发通过制订统一的LINUX BSP标准来最大限度的重用代码减少BSP开发时间4 操作系统支撑系统提供了对VxworkspSosOSEKWindows及Linux的支持规范了应用软件的架构设计使得原有的应用软件可以无缝从一种RTOS移植到另外一种操作系统5 创新地设计了面向汽车电子的层次化模块化集成开发环境形成大平台小产品的开发模式该IDE具有良好的可配置可裁减性和可扩展性有效地提高了产品的市场竞争力6 支持Kernel源代码级的调试和应用程序源代码级的调试且通过提供WINDOWS环境下的集成环境方便了基于LinuxVxWorks等嵌入式操作系统的应用程序开发调试该项目完成后将在汽车电子核心技术之一的嵌入式操作系统及其集成开发环境等方面全面突破并形成具有完全自主知识产权的软件产品基于这些软件产品结合国内整车制造厂在汽车电子上的技术积累以及中兴通讯等设备厂商在网络终端等产品上的优势将能够快速地推出具有自主知识产权的汽车电子产品从而打破国外公司在这个领域上的垄断地位扩大国内厂商在汽车电子市场上的份额并带来了良好的社会经济效益项目目前进展情况嵌入式Linux操作系统在车载电子系统如车载信息终端车载多媒体设备车载导航系统行车记录仪车载网络系统等方面具有非常大的应用空间ZTE Embsys是中兴通讯在Linux的基础之上开发的一整套嵌入式系统解决方案其最大的特点在于保留了Linux操作系统兼容性可移植性可扩展性的前提下实现了硬实时的用户任务支持并提供OS支撑系统OSS调试跟踪工具集成开发环境通用组件等丰富的支持ZTE Embsys系统部分由Klib-C模块KTH库模块和Embsys内核组成其中KLIB-C模块提供基本的Libc-C库函数的支持KTH模块提供内核线程管理信号量管理对象管理日志机制和内存管理功能并提供基于内核的Shell以方便对应用的调试ZTE Embsys内核管理硬件并提供系统服务支持另外ZTE Embsys还实现了以下功能支撑子系统包括操作系统适配软件模块调度管理软件模块进程通信软件模块内存管理软件模块定时管理软件模块文件系统软件模块异常处理软件模块系统监控软件模块分级打印软件模块命令行软件模块等功能集成开发环境提供对实时Linux内核以及构建在其上的应用程序的调试功能并提供图形化的调试开发环境通用组件提供嵌入式内存数据库等通用组件自动测试工具子系统提供基于消息的自动测试功能可以通过TCL脚本设计测试用例并分析返回的消息到目前为止ZTE Embsys系统已经成功运用在电信系统设备和终端设备上包括ZXR10 T64高端路由器CDMA 2000 1X 基站系统ZXA10 ADSL Modem高端智能手机E3等 技术方案论述项目创新点及达到的技术水平项目创新点论述本项目的主要创新点包括1 提供适用不同汽车电子产品的安全可信的嵌入式实时操作系统内核2 通过提供可视化的IDE开发环境交叉编译环境最小运行系统应用程序框架多操作系统支持多硬件平台支持等功能使研发人员能快速灵活地开发各种汽车电子产品3 规范了LINUX BSP的开发通过制订统一的LINUX BSP标准来最大限度的重用代码减少BSP开发时间4 操作系统支撑系统提供了对VxworkspSosOSEKWindows及Linux的支持规范了应用软件的架构设计使得原有的应用软件可以无缝从一种RTOS移植到另外一种操作系统5 创新地设计了面向汽车电子的层次化模块化集成开发环境形成大平台小产品的开发模式该IDE具有良好的可配置可裁减性和可扩展性有效地提高了产品的市场竞争力6 支持Kernel源代码级的调试和应用程序源代码级的调试且通过提供WINDOWS环境下的集成环境方便了基于LinuxVxWorks等嵌入式操作系统的应用程序开发调试项目完成时达到的技术水平项目完成时将开发出下列产品自主知识产权的软件产品自主知识产权的嵌入式Linux操作系统自主知识产权的跨操作系统平台自主知识产权的汽车电子集成开发环境汽车电子集成开发环境的产品上述产品将达到下列的技术水平支持8位16位和32位的处理器支持内存静态配置严格的片内存储器要求满足高实时性要求支持全抢占非抢占和混合式调度方式支持周期性任务支持多种国际主流处理器包括ARMIntel 196Motorola 68HCS12Philips LPC2119等基于消息机制支持设备内部和设备之间的通讯支持三种消息传输模式直接式周期式混合式提供通知机制向任务报告消息收发情况通过对象字典Object Dictionary对设备功能进行描述通过标准化的事件触发的高优先级突发报文用于报告设备故障支持包括CAN等现场总线在内的传输方式项目技术方案论述本项目Linux在商业和技术上的优势非常具有吸引力由于可更好地适应电子市场发展步伐所需的创新周期和需求所以开放源代码软件是汽车制造商自然而然的选择可升级架构的关键特性和快速的技术转移为广泛采用Linux作为操作系统平台创造了机遇Linux能提供构建开放源代码和可升级汽车计算平台的必要基础作为一种操作系统Linux固有的稳定性将支持所有开发向基于过程的开发方法转移要求Linux平台具有更多优点它必须能满足驾驶者所期望的速度快速启动和复位并对来自CAN或者MOST总线的车内信息进行快速响应由于其独特的处理模式Linux能处理局部故障而不会导致大规模的系统崩溃并且能从这些故障中恢复Linux还具有广泛的可用性因此在开发来自外部需求的兼容性硬件和软件时不会有任何障碍这意味着与其它开发模式相比它的系统集成和成本控制是可预测的按需要加载卸载设备驱动程序是Linux非常适合于远程信息处理和驾驶者界面应用的另外一个关键点这种根据需要装载设备驱动程序的功能可确保Linux平台一直具有最佳操作速度对许多产品来说Linux系统已经具备良好的实时响应特性但还可对它进一步优化以适应远程信息处理和驾驶者界面应用随着半导体生产商越来越多使用Linux进行硅片生产前的评估和性能测试市场推动力不断加大此外芯片设计工程师正逐渐理解软件架构对芯片销售的重要性他们开始采用经过优化的Linux芯片和主板支持包来展示器件的关键特性并且市场和技术环境的融合也不断地引导Linux在这个领域获得成功由于Linux具有源代码可自由获得无单个产品的版权费支持大量的硬件设备Linux 已经是一个全球性的标准以及Linux 是一个成熟高效健壮可靠模块化非常易于配置的操作系统Linux得到了越来越广泛的应用而嵌入式Linux 已经不可逆转地改变了嵌入式实时操作系统的市场前景采用嵌入式Linux制造商对嵌入式操作系统更好的控制权并且大大降低开发成本而最终用户则可得到更有价值的且价格较低的产品可视化集成开发环境 IDE 针对汽车电子行业对提高开发效率缩短产品开发周期的需求研制一种支持用户进行可视化系统开发的系统开发界面该开发界面采用所见即所得的设计思想为开发提供了快速开发系统的手段本项目建设的重点就是研制开发面向汽车电子的嵌入式可视化集成开发环境IDE该IDE可以运行在包括windows在内的多种操作系统环境下并提供一致的图形接口和人机界面所有的开发工具都适用于开发不同类型的汽车电子产品本项目在开源代码的基础上结合LINUX实时性改造内核的要求基于中兴自主研发的嵌入式Linux操作系统研制开发面向汽车电子的基于模型的嵌入式可视化集成开发环境ZTE-S SmartIDE本项目将采用IBM的开放源代码的 Eclipse为原型进行集成开发环境的开发Eclipse是一个开放的可扩展的集成开发环境它主要是一个工具的平台工具的开发环境包括Eclipse平台本身和一套工具一起构成用于创建基于Eclipse的工具的SDK软件开发工具包Eclipse以支持插件的方式来提供对CC的支持用户开发的编译调试等工具可以通过Eclipse的接口来集成进Eclipse平台从而实现对用户指定语言的支持IPv4IPv6协议栈GIS无线多媒体GUIWAP安全等标准构件这些标准构件主要来源于中兴通讯高端智能手机和各种通信设备的研发成果大部分标准构件已经在在相关产品中得到了实际应用具有良好的可靠性和稳定性车载信息终端车载信息终端即是直接面对用户与用户互动交流的电子产品用户无需了解产品内复杂的技术与结构只需要对产品进行简单的操作便可享受先进的电子软件技术给生活带来的便捷嵌入式LinuxLinux系统包括Linux内核系统库引导程序驱动程序几个部分如图22-1所示图22-1 嵌入式Linux操作系统主要功能如下进程通讯Linux的进程间通讯机制可分为信号信号量管道共享内存和消息队列进程间通信机制与硬件平台无关内存管理Linux 的内存管理采取的是分页机制它的设计目的是分时多任务Linux可同时处理数百个任务 可以通过内核代码修改 它采用了两级机制来分别处理内核进程与用户进程的内存管理Linux虚拟内存需要通过地址映射机制内存的分配与回收分页机制交换机制内存共享等机制来实现进程管理与调度进程是操作系统的重要核心之一因为操作系统的存在归根结底就是为了提供一个运行程序的空间Linux是一个多处理操作系统可以同时存在多个进程所以当某个进程开始等待时操作系统将把CPU控制权拿过来并交给其它可以运行的进程调度器负责选择适当的进程来运行Linux使用一些调度策略以保证CPU分配的公平性文件系统文件系统是是本项目开发的重点之一将提供FLASH文件系统块文件系统设备文件系统以及网络文件系统支持所支持的设备主要有NOR FLASHDOCMMC网络串口音频等Linux内核在各实体文件系统ROMRAMFlashFAT之上采用VFSVirtual File System标准接口统一了异构文件系统的访问接口通过VFS文件系统的实现分成两部分上层用于文件系统的逻辑抽象下层用来实现具体的实体文件系统本身的功能对外通过VFS接口统一访问文件系统主要功能包括管理缓冲区响应系统调用将管道和文件输入输出映射到索引节点和缓冲区锁定解锁文件和记录映射名字到索引节点实现多路复用提供各种信息挂接和卸载文件系统调用可执行代码和转存核心装入各种二进制格式程序等设备管理Linux支持字符设备块设备和网络设备三种不同的设备类型字符设备是以字节为单位进行数据处理一般不使用缓冲技术块设备是以可寻址的块为单位进行处理常用缓冲技术嵌入式系统中的块设备主要是flash设备网络协议栈为了支持应用能够通过无线模块提供的GPRS或者CSD方式连接网络需要有网络协议栈的支持需要PPP支持同时平台还支持Bluetooth 蓝牙 和红外Irda的网络应用因此平台操作系统网络协议栈中必须提供对PPP蓝牙红外的支持Boot模块Boot用于引导加载程序通过这段程序可以初始化硬件设备建立内存空间的映射图从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态以便为最终调用Linux操作系统内核准备好正确的环境Boot还需要为操作系统调试提供方便除了操作系统加载功能外还需操作系统调试的功能Boot的主要功能有支持串口程序下载和调试支持USB模拟网口程序下载支持tftp下载支持flash读取写入擦除提供内存察看修改功能支持操作系统内核命令行参数引导Linux操作系统提供shell系统从sleep模式唤醒等Linux BSP规范建立Linux BSP规范Linux支持的所有目标CPU建立在统一的代码基础上规范网络驱动块设备驱动字符驱动的开发目前开放源码的LINUX BSP较多常用的有UBOOTBLOB等针对中兴通讯在LINUX上的已有技术积累本项目计划以UBOOT为原型规范LINUX BSP的开发主要功能如下以开放源码的UBoot BSP为参考原型重点研究对多种类型CPU的支持达到流程的统一与代码的最大限度的复用对于BSP没有支持的CPU类型提供参考设计指南针对目前电信设备应用的CPU类型 需要实现对X86PPCARMMIPS的支持提供业界主流公司提供的评估板的最小BSP系统最小BSP系统即提供对单板硬件基本初始化包括CPU初始化中断控制器内存控制器串口网口SDRAMFLASH提供业界主流芯片的驱动程序库这些芯片包括FLASH网卡串口RTCwatchdog交换芯片I2CSPI等的支持以给开发人员提供样板驱动减少工作量实现Linux BSP和实时Linux内核的有机结合 项目完成时要解决以下的性能瓶颈内核Linux是一种通用操作系统内核运行在内核态而应用程序运行在用户态 程序的执行流程需要在内核态与用户态之间不断切换Linux内核的实现也比嵌入式操作系统复杂得多系统调用嵌入式系统常用的系统调用包括任务管理任务同步与互斥任务间通讯定时器等通过测试Linux提供的系统调用效率远低于VxWorks这一方面是由于Linux内核本身的复杂性引起的另外系统调用POSIX的实现机制也比较复杂而且对于系统调用的实时效率考虑不多中断处理中断延迟与任务延迟是评价一个操作系统实时性的重要指标在中断频繁发生的环境中中断延迟的大小对系统的性能影响尤为突出Linux的中断处理机制开销较大中断有可能得不到及时的处理甚至发生中断丢失的情况目前Linux的实时性改造业界比较常用的采用双内核方案采用双核结构即在一般Linux内核的底层加上一个硬实时的调度内核实时进程由实时内核调度非实时内核则还是由Linux核调度在用户态运行该方案的优点是保证了实时进程的性能目前已经有现成的开发源码可供选择缺点是破坏了核的完整性双内核结构比较复杂同时实时进程的调试也很困难用户态与内核态之间的切换开销导致实时性还是难以保证针对汽车电子产品中有一定时间性要求的车载终端车载多媒体设备车载网络设备在本项目中采取了加实时或低延时补丁内核的方式来增强Linux系统的实时性这种方案的核心就是不改变Linux的系统构架通过可配置的方式改变内核的调度算法同时通过打补丁的方式使Linux内核具有重入和抢占能力Montavesta Linux采用了该方案目前该公司推出的Montavesta Linux CEE版本就采用打实时补丁的方式加强普通Linux内核的实时性该版本目前已经在一些公司的智能手机中采用我们可以借鉴网上提供的开源实时Linux补丁及Montavesta的方案基础上设计符合要求的实时补丁同时针对某些汽车电子产品启动时间电源管理方面的特殊要求提供这些功能模块的可选择组件Linux操作系统以GNU Linux24版本作为开发基础操作系统部分的主要工作集中在对硬件平台的适配特定功能增强性能改进新设备的支持启动流程的优化系统功能的裁减等方面经过这一系列的工作使其能够适合手持设备的环境但这些工作的开展与Linux源代码密不可分除了设备驱动其它工作均需要直接在源代码之上进行修改无法划分成清晰的独立的软件模块集成开发环境本项目在开源代码的基础上结合Linux实时性改造内核的要求基于符合OSEK标准的安全可信的嵌入式操作系统SmartOSEK和中兴通讯自主研发的嵌入式Linux操作系统研制开发面向汽车电子的基于模型的嵌入式可视化集成开发环境SmartIDE如图22-2所示本项目将采用IBM的开放源代码的 Eclipse为原型进行集成开发环境的开发Eclipse是一个开放的可扩展的集成开发环境它主要是一个工具的平台工具的开发环境包括Eclipse平台本身和一套工具一起构成用于创建基于Eclipse的工具的SDK软件开发工具包Eclipse以支持插件的方式来提供对CC的支持用户开发的编译调试等工具可以通过Eclipse的接口来集成进Eclipse平台从而实现对用户指定语言的支持图22-2 面向的可视化集成开发环境SmartIDESmartIDE实现的主要功能包括可视化开发界面SmartIDE提供一个高度可视化和自动化的开发界面加快了汽车电子的应用开发SmartIDE提供的可视的图形的互动的用户界面允许用户借助最为直观和容易理解的方式进行嵌入式系统的开发实现了系统设计的自动化过程在这个集成开发环境中用户接触到的界面元素大多是可以操纵的图形而不是代码这种二维的设计环境和编程方式在给用户提供方便的同时也带来时间上的节省和质量上的提高基于模型的嵌入式系统设计工具针对汽车电子行业对提高开发效率缩短产品开发周期的需求研究开发一种支持用户进行图形化建模的设计工具该工具采用图形化系统开发界面为汽车电子控制系统开发人员提供了快速构建控制系统模型自动生成程序代码和文档的手段SmartIDE首先是一个建模环境它的建模界面与MATLAB等著名的建模工具非常相似在SmartIDE的环境中建立的模型是系统模型可以描述包括实时操作系统RTOS在内的嵌入式系统的框架结构SmartIDE的建模系统功能丰富可以建立不同种类的模型图用来反映同一个系统的不同侧面目前这些模型图的包括静态图动态图执行顺序图时间图等等这些图形的基本概念遵循了UML标准尤其是它的扩展标准SysML的基本概念并且在具体的应用领域中