《基于osek标准的操作系统设计实现与关键技术的研究和优化》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于osek标准的操作系统设计实现与关键技术的研究和优化（77页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、中国科学技术大学 硕士学位论文 基于OSEK标准的操作系统设计实现与关键技术的研究和优化 姓名：俞华铭 申请学位级别：硕士 专业：计算机软件与理论 指导教师：周学海 摘 要 10/10/2010I 摘 要 摘 要 随着汽车工业的发展，人们对汽车的环保、安全、通信质量和舒适程度等方 面的性能要求不断的在提高，同时，电子电控单元(electronic control unit, ECU) 的数量也越来越多，汽车内部的硬件结构和设计程序的复杂性也急剧上升，大量 使用 ECU 和复杂的控制程序的设计给汽车生产商带来了巨大的成本开销和移植 上的困难，而传统的实时嵌入式操作系统占用资源太大，功能过多，无法
2、适应 ECU 数量大而内存小的现代汽车电子控制系统。为了给开发汽车嵌入式系统提 供统一的公用平台和应用编程接口，欧共体汽车产业联盟制定了 OSEK/VDX 标 准，此标准为汽车电子领域创造了前所未有的发展空间。 OSEK 操作系统是针对汽车应用特点而专门制定的一个小型实时操作系统规 范，主要有以下几个方面特点：可移植性，OSEK 标准定了大量的接口函数，给 操作系统提供统一的规范， 便于开发商在不同的硬件平台下进行移植； 可扩展性， OSEK 标准提供了许多模块化的设计方案，模块与模块之间耦合度比较小，为开 发商在扩展方面提供了许多的便利。总之，将 OSEK/VDX 标准广泛应用到汽车 电子实
3、时操作系统中会带来技术的革新。 由于 OSEK 项目的需求， 本文把 OSEK/VDX 标准作为研究对象， 基于 C/OS 操作系统为参考模型，通过把 OSEK/VDX 标准应用到实际的自行研究开发的 微型操作系统 COSEK 中，力求把 OSEK/VDX 标准中模糊的概念形象化、具体 化， 把OSEK/VDX标准中没有提到的细节完整化。 此操作系统实现了OSEK/VDX 标准规定的各个功能，如任务管理、时钟管理、事件和资源管理、通信管理、网 络管理、中断管理等，同时，还设计实现了 OSEK 实现语言的工具链。本文给出 了这个操作系统不同于别的符合 OSEK/VDX 标准的操作系统的工作流程、
4、系统 模型和数据结构。同时，由于 OSEK/VDX 标准也存在许多的不足之处，如在天 花板协议的应用中降低了实时性， 在 OSEK 通信中消息会由于被新到的消息覆盖 而容易丢失， 在 OSEK 网络管理中出错节点可能没有被外部网关监听到等。 这些 缺陷可能在关键时刻会由于细节上的漏洞而导致重大事故， 本文主要针对以上问 题进行分析， 并对 OSEK 标准中的缺陷加以改进和优化。 目前以上工作均已经在 linux 下仿真实现，为下一步的研究打了好基础和铺垫。 关键字关键字：OSEK/VDX 标准 汽车电子 实时性 ABSTRACT 10/10/2010II ABSTRACT With the i
5、ncreasing demands of security, environment protection, comfortable feeling and economical price of vehicles, the number of electronic control units (ECU) has became bigger and bigger, and the complexity has added either. Using many ECUs and complex controlled program brought great impress to manufac
6、turers. So, developing effective operating systems which are able to manger the memories of ECUs and resources of CPUs have became urgent. The standards named OSEK/VDX established by automotive industry alliance of European community to develop embedded systems and interface of applications could de
7、crease producing periods and share software resources. OSEK operating system is a real-time embedded system which was designed for vehicle electronic industry. It has several features, one is portability, OSEK operating system provides many coherent interfaces for functions; another is expansibility
8、, users are able to configure properties in system for OSEK standards. In all, it will be revolution that using OSEK standards into vehicle electronic industry. This paper tends to make the obscure concept in OSEK standards clear and concrete, make the details in the OSEK standards perfect. This ope
9、rating system have implemented all functions describe in OSEK standards, if any, task management, count management, event management, resource management, communication management and network management, etc. This paper proposed several workflows, system models and data structures. At the time, beca
10、use the standards has just came out in recent years, it exists some defects, such as, ceiling protocol is not always suit for all condition, messages would be discarded in communication for two ECUs, it would occur something wrong when the system dealing with the nodes which had errors. These defect
11、s would make the system collapsed in emergency. This paper aimed at the problems above all, optimized the defects in standards. At present, the author has implemented all these work in linux environment. Key Words: OSEK/VDX standards vehicle electronic real-time 插图目录 10/10/2010VI 插图目录 图 插图目录 图 2.1 O
12、IL 工具链框图.7 图图 2.2 OIL 解释器流程.7 图图 2.3 OIL 文件总数据结构.8 图图 2.4 IMPLEMETION 部分数据定义8 图图 2.5 IMPLEMETION 部分中的 OBJECT 的数据结构10 图图 2.6 APPLICATION 部分数据结构11 图图 2.7 APPLICATION 部分中的 OBJECT 数据结构11 图图 2.8 OIL 配置器界面.12 图图 2.9 OIL 配置器配置过程图.12 图图 3.1 基本任务状态转换图.17 图图 3.2 扩展任务状态转换图.18 图图 3.3 抢占任务顺序图.19 图图 3.4 非抢占任务顺序图.
13、19 图图 3.5 任务队列模型图.20 图图 3.6 优先级任务队列图（1）.24 图图 3.7 优先级任务队列图（2）.25 图图 3.8 完全抢占任务时间机制.30 图图 3.9 非抢占任务时间机制.30 图图 3.10 任务实时性测试输出结果（1）32 图图 3.11 任务实时性测试输出结果（2）.32 图图 3.12 实验数据分析图.33 图图 4.1 OSEK 通信分层图.36 图图 4.2 消息发送接收模型.38 图图 4.3 消息发送流程图.39 图图 4.4 消息接收流程图.40 图图 4.5 直接发送消息模式.41 图图 4.6 周期性发送消息模式.42 图图 4.7 混合
14、发送消息模式（1）.43 图图 4.8 混合发送消息模式（2）.43 图图 4.9 死限控制（1）.46 图图 4.10 死限控制（2）.47 图图 4.11 消息通信时丢失测试输出结果.48 图图 4.12 周期性发送时消息测试输出结果（1）.49 图图 4.13 周期性发送时消息测试输出结果（2）.49 图图 4.14 优化后消息发送测试输出结果（1）.50 图图 4.15 优化后消息发送测试输出结果（2）.50 图图 5.1 网络管理组件.53 图图 5.2 网络管理消息格式.54 图图 5.3 网络管理消息运行流程图.57 图图 5.4 网络管理总线睡眠流程图.58 图图 5.5 链路
15、层发送出错处理.62 插图目录 10/10/2010VII 图图 5.5 发送节点测试输出结果.63 图图 5.6 接收节点测试输出结果.64 图图 5.7 优化后的测试输出结果.65 表格目录 10/10/2010VIII 表格目录 表 表格目录 表 3.1 基本任务转换描述.17 表表 3.2 扩展任务转换描述.18 表表 3.3 符合类限定.21 表表 3.4 优先级任务调度实时性比较.33 表表 5.1 OSEK 网络管理报警器 .56 表表 5.2 NetManager 数据结构59 表表 5.3 Node 数据结构.60 中国科学技术大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文
16、,是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成 果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写 过的研究成果。 与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确 的说明。 作者签名：_ 签字日期：_ 中国科学技术大学学位论文授权使用声明 作为申请学位的条件之一， 学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥 有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人 提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 公开 保密（_年） 作者签名：_ 导师签名：_ 签字日期：_ 签字日期：_ 第 1 章 绪论 1 第第1章 绪论章 绪论 OSEK标准是近几年来问世
