Autosar Os overview

Autosar Os 在Autosar 框架中上至RTE 下至驅(qū)動，中間可以和BSW 基礎(chǔ)模塊進(jìn)行交互。是整個autosar 框架下最重要的組成部分。

其中Syser Services 為一些系統(tǒng)服務(wù)，不屬于操作系統(tǒng)。下文僅對 Os 進(jìn)行描述

OS 與 BSW 各模塊關(guān)系

雖然說OS 是整個框架的靈魂，但是也有極少數(shù)的BSW 模塊不與OS 直接交互。換句話說，其他BSW 模塊在改動的時候，是需要考慮一下OS 對其的影響，和它對OS 的影響。

這里可以看到除了cdd 都是無限制的與os交互。只有cdd 是有限制的和os 進(jìn)行交互。

OS 的類別與其功能

AUTOSAR OS 和 OSEK OS 都是為汽車領(lǐng)域而開發(fā)的實時操作系統(tǒng)。雖然它們都致力于提供實時性能、可靠性和穩(wěn)定性，但其設(shè)計理念和實現(xiàn)方式有所不同。AUTOSAR OS 旨在提供更高級的軟件體系結(jié)構(gòu)和更多的配置選項，以支持更復(fù)雜的汽車軟件系統(tǒng)；而 OSEK OS 更加簡單和輕量級，適用于較小規(guī)模的汽車電子系統(tǒng)。兩者可以共存，也可以相互補充，以滿足不同汽車應(yīng)用的需求。

TASK

OS 的task 分為兩種。

-- 基本任務(wù)

-- 擴展任務(wù)

其主要的區(qū)別就是有無waiting狀態(tài)。這里先表示一下基本狀態(tài)，下面對其使用棧詳細(xì)描述可以按需在實際架構(gòu)中設(shè)計，使用。

TASK - 搶占機制

01非搶占

這里可以看出，當(dāng)任務(wù)被設(shè)定為非搶占的時候，當(dāng)任務(wù)沒有完成時，即使高優(yōu)先級的任務(wù)到來，也無法將其搶占。

一般情況下我們可以把初始化的任務(wù)，以及一些模式切換時候，必須進(jìn)行的一些操作，這類任務(wù)設(shè)計成非搶占的任務(wù)。

02搶占

為了更好的利用OS 來壓榨硬件資源，大部分的任務(wù)都會被設(shè)計成搶占式任務(wù)。一般的原則，重要的任務(wù)優(yōu)先級高，需要運行時間較短的任務(wù)優(yōu)先級高。

03合作

這里就很靈活，但是需要在代碼過程中設(shè)計好什么時候讓出CPU。但是處理得好的話，會拖慢CPU， 無法最大限度的壓榨硬件，高優(yōu)先級的任務(wù)被耽誤。

#include 
TASK(Cooperative)
{Function1();
  Schedule();/* Allow preemption */
  Function2();
  Schedule();/* Allow preemption */
  Function3();
  Schedule();/* Allow preemption */
  Function4();
  TerminateTask();
}

任務(wù)在配置過程中最重要的下面幾個參數(shù)，需要注意。這里尤其要注意使用棧的大小。因為這個真的有可能會讓軟件運行奔潰。其他的參數(shù)最多是運行不正常。

TASK - 棧的使用

Autosar os的棧使用是單一棧策略。假設(shè)定義了32k的棧。那么所有的task都使用這一個大的?？臻g。那就是說，當(dāng)有任務(wù)搶占的時候，棧是疊加使用的。下面是

搶占時候使用的棧情況。

這里可以看出來，當(dāng)有高優(yōu)先級的任務(wù)運行的時候，棧的使用空間是一直增大的。這時候就需要注意上面定義的32k 夠不夠用了。因為他們所有的task公用一個棧。

下面是非搶占時候使用棧的情況。

這里就相對簡單多了，棧的使用就是和當(dāng)前運行的task所需要的棧的情況是一樣的。

前面說到擴展任務(wù)的情況呢。

這里操作系統(tǒng)會根據(jù)靜態(tài)配置的任務(wù)使用的棧，進(jìn)行預(yù)留。換句話說就是配置完擴展任務(wù)后，os 根據(jù)優(yōu)先級比擴展任務(wù)優(yōu)先級高的任務(wù)使用棧的最大總和，預(yù)留一下。把擴展任務(wù)的棧至于棧底 + 最大使用量。當(dāng)擴展任務(wù)到running狀態(tài)后，直接就在規(guī)定的棧地方運行。所以這里很考驗前面的所有task的棧，如果是使用超了，這時候程序必然就崩了。

中斷

Interrupt

Category 1

?Os 無法給一類中斷提供服務(wù)

?一類中斷不與Os交互

?一類中斷優(yōu)先級高于Os 以及所有的二類中斷

?可以通過Os 接口對一類中斷進(jìn)行enable/disable

Category 2

?二類中斷受到Os管控

?硬件中斷向量指向Os內(nèi)部

?有限制使用os 接口不允許 TerminateTask, WaitEvent, ClearEvent, Schedule, ChainTask

下圖可以看出來一類中斷時獨立于os的，高于os的。根據(jù)不同的芯片是不同的，有的芯片的中斷優(yōu)先級是組類別，有的是獨立的。也就是說中斷是否可以嵌套。

下面是當(dāng)二類中斷發(fā)生，這時候我們的os將會怎么處理呢。

當(dāng)硬件終端觸發(fā)，并且ICU模塊處理完成之后，到達(dá)了OS 。這時候OS 根據(jù)靜態(tài)配置進(jìn)行操作，對上下文進(jìn)行切換與保存現(xiàn)場。

在配置過程中很簡單，但是對于實際的操作我們需要注意優(yōu)先級，一般情況我們都會使用二類中斷。這樣會減少os的影響。減少系統(tǒng)的不可控性。

如何有效率的使用中斷。

#include 
ISR(InefficientHandler) {
/* Long handler code. */
}


#include 
ISR(EfficientHandler) {
ActivateTask(Task1);
}
TASK(Task1) {
/* Long handler code. */
TerminateTask();
}


#include 
ISR(Interrupt1) {
/* Dismiss the interrupt where required */
/* Rest of the handler */
}

異步處理，不將中斷的回調(diào)一直處理完。而是激活一個task，進(jìn)行處理，當(dāng)然這也是要根據(jù)實際場景進(jìn)行設(shè)計。

resource

Resource 基礎(chǔ)介紹

?Standard resource 標(biāo)準(zhǔn)的二進(jìn)制狀態(tài)

?Linked resource 可以嵌套的二進(jìn)制狀態(tài)

?Internal resource 以任務(wù)為基礎(chǔ)的二進(jìn)制狀態(tài)

Standard resource 標(biāo)準(zhǔn)的二進(jìn)制狀態(tài) 具體使用

#include 
TASK(Task1) {
...
GetResource(Resource1);
/* Critical section. */
ReleaseResource(Resource1);
...
TerminateTask();
}

代碼片段：可切換語言，無法單獨設(shè)置文字格式

可以看出這類是最簡單的，一個get 一個 release. 中間的 就是會被鎖住的資源。其他地方無法進(jìn)行訪問。需要這個release之后才可以。

Linked resource 可以嵌套的二進(jìn)制狀態(tài)

#include 
GetResource(Resource1);
   GetResource(Resource2);
     GetResource(Resource3);
     ReleaseResource(Resource3);
   ReleaseResource(Resource2);
ReleaseResource(Resource1);
}

代碼片段：可切換語言，無法單獨設(shè)置文字格式

和上面很相似，不過必須是一個對應(yīng)一個。一個解開一個。

舉個例子錯誤使用

#include 
TASK(Write){
 /* Highest priority .*/
 WriteBuffer();
 GetResource(Guard);
 BufferNotEmpty = True;
 ReleaseResource(Guard);
 ChainTask(Read);
}
TASK(Read){
/* Lowest priority. */
 ReadBuffer();
 GetResource(Guard);
 if( BufferNotEmpty ) {
 ReleaseResource(Guard);
 ChainTask(Read);
 } else {
 ReleaseResource(Guard);
 TerminateTask();
 }
}

tips: 任務(wù)結(jié)束前，沒有release.

Schedule table

區(qū)別于rtos, 這里有調(diào)度表，屬于靜態(tài)配置的調(diào)度器。可以說是一系列的event的組合。

下面也給了schedule table 和 event的對比。用起來相當(dāng)?shù)姆奖恪?/p>

這里簡單介紹兩個schedule table 的api

?Start absolute point

?Start relative point

一般情況下我們系統(tǒng)里只需要一條schedule table即可。所以這些api 在外部用的也很少。這里只需要直到，如果當(dāng)架構(gòu)設(shè)計需要多條schedule table的時候，我們可以通過一系列條件，手動的調(diào)度起來。讓這上面的point 內(nèi)部的task 以此運行。

配置

配置也相對比較簡單。也基本不需要配置，因為在左外SWC 設(shè)計，完成RTE 的配置之后。這個table的屬性就已經(jīng)被定義好了。只是通過OS 將其生成代碼。

stack monitor 棧監(jiān)控

最上面提到task的一個配置參數(shù)，棧的使用。

這里面就是可以激活OS 對棧使用的監(jiān)控。os將會自動monitor

下面截取一段代碼，解釋了一下os如何獲取棧的使用情況。在使用過程中，我們用戶可以利用這個api進(jìn)行一些自己的monitor.

當(dāng)然實現(xiàn)方式千千萬，我們還是要了解一下實際的原理。

下圖可以看出來。不同地方調(diào)用 GetStackUsage結(jié)果可能是不同的。

所以一般來說，我們可以選擇高優(yōu)先級的任務(wù)進(jìn)行執(zhí)行該api. 進(jìn)而獲取

time protection 時間保護(hù)

對于時間保護(hù)我們一般采類似于下面的時間約束。

這是什么意思呢。

1ms的任務(wù) 如果在5ms內(nèi) 沒有被執(zhí)行完，則認(rèn)為有問題。

3ms的任務(wù) 如果在10ms內(nèi)沒有被執(zhí)行完，則認(rèn)為有問題。

5ms的任務(wù) 如果在15ms內(nèi)沒有被執(zhí)行完，則認(rèn)為有問題。

下面有個例子。

看似是C 沒有執(zhí)行完。確實os 報錯 應(yīng)該報的是C 任務(wù)沒有規(guī)定時間內(nèi)完成。

但是原因缺失上面的A 和 B。所以實際情況，還是需要根據(jù)調(diào)度關(guān)系進(jìn)行分析。問題不一定處在報錯的任務(wù)。

關(guān)于配置方面也很簡單。

memory protection 內(nèi)存保護(hù)

內(nèi)存保護(hù)的機制通過os-application 的 trust 和 non-trust 進(jìn)行隔離開。

對讀寫的限制，對運行的隔離。

當(dāng)其中一個os-application 發(fā)生故障，可以獨立的關(guān)閉其中一個os-application ,其他的os-application 不受影響。

對外設(shè)的訪問，對內(nèi)存特殊區(qū)域的訪問的約束?？梢酝ㄟ^trust non-trust 來約束。

這樣可以一定程度上減少 讓os崩潰的可能發(fā)生

審核編輯：湯梓紅