【文章內(nèi)容簡介】 交叉編譯環(huán)境最小運(yùn)行系統(tǒng)應(yīng)用程序框架多操作系統(tǒng)支持多硬件平臺支持等功能使研發(fā)人員能快速靈活地開發(fā)各種汽車電子產(chǎn)品3 規(guī)范了LINUX BSP的開發(fā)通過制訂統(tǒng)一的LINUX BSP標(biāo)準(zhǔn)來最大限度的重用代碼減少BSP開發(fā)時間4 操作系統(tǒng)支撐系統(tǒng)提供了對VxworkspSosOSEKWindows及Linux的支持規(guī)范了應(yīng)用軟件的架構(gòu)設(shè)計使得原有的應(yīng)用軟件可以無縫從一種RTOS移植到另外一種操作系統(tǒng)5 創(chuàng)新地設(shè)計了面向汽車電子的層次化模塊化集成開發(fā)環(huán)境形成大平臺小產(chǎn)品的開發(fā)模式該IDE具有良好的可配置可裁減性和可擴(kuò)展性有效地提高了產(chǎn)品的市場競爭力6 支持Kernel源代碼級的調(diào)試和應(yīng)用程序源代碼級的調(diào)試且通過提供WINDOWS環(huán)境下的集成環(huán)境方便了基于LinuxVxWorks等嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序開發(fā)調(diào)試項(xiàng)目完成時達(dá)到的技術(shù)水平項(xiàng)目完成時將開發(fā)出下列產(chǎn)品自主知識產(chǎn)權(quán)的軟件產(chǎn)品自主知識產(chǎn)權(quán)的嵌入式Linux操作系統(tǒng)自主知識產(chǎn)權(quán)的跨操作系統(tǒng)平臺自主知識產(chǎn)權(quán)的汽車電子集成開發(fā)環(huán)境汽車電子集成開發(fā)環(huán)境的產(chǎn)品上述產(chǎn)品將達(dá)到下列的技術(shù)水平支持8位16位和32位的處理器支持內(nèi)存靜態(tài)配置嚴(yán)格的片內(nèi)存儲器要求滿足高實(shí)時性要求支持全搶占非搶占和混合式調(diào)度方式支持周期性任務(wù)支持多種國際主流處理器包括ARMIntel 196Motorola 68HCS12Philips LPC2119等基于消息機(jī)制支持設(shè)備內(nèi)部和設(shè)備之間的通訊支持三種消息傳輸模式直接式周期式混合式提供通知機(jī)制向任務(wù)報告消息收發(fā)情況通過對象字典Object Dictionary對設(shè)備功能進(jìn)行描述通過標(biāo)準(zhǔn)化的事件觸發(fā)的高優(yōu)先級突發(fā)報文用于報告設(shè)備故障支持包括CAN等現(xiàn)場總線在內(nèi)的傳輸方式項(xiàng)目技術(shù)方案論述本項(xiàng)目Linux在商業(yè)和技術(shù)上的優(yōu)勢非常具有吸引力由于可更好地適應(yīng)電子市場發(fā)展步伐所需的創(chuàng)新周期和需求所以開放源代碼軟件是汽車制造商自然而然的選擇可升級架構(gòu)的關(guān)鍵特性和快速的技術(shù)轉(zhuǎn)移為廣泛采用Linux作為操作系統(tǒng)平臺創(chuàng)造了機(jī)遇Linux能提供構(gòu)建開放源代碼和可升級汽車計算平臺的必要基礎(chǔ)作為一種操作系統(tǒng)Linux固有的穩(wěn)定性將支持所有開發(fā)向基于過程的開發(fā)方法轉(zhuǎn)移要求Linux平臺具有更多優(yōu)點(diǎn)它必須能滿足駕駛者所期望的速度快速啟動和復(fù)位并對來自CAN或者M(jìn)OST總線的車內(nèi)信息進(jìn)行快速響應(yīng)由于其獨(dú)特的處理模式Linux能處理局部故障而不會導(dǎo)致大規(guī)模的系統(tǒng)崩潰并且能從這些故障中恢復(fù)Linux還具有廣泛的可用性因此在開發(fā)來自外部需求的兼容性硬件和軟件時不會有任何障礙這意味著與其它開發(fā)模式相比它的系統(tǒng)集成和成本控制是可預(yù)測的按需要加載卸載設(shè)備驅(qū)動程序是Linux非常適合于遠(yuǎn)程信息處理和駕駛者界面應(yīng)用的另外一個關(guān)鍵點(diǎn)這種根據(jù)需要裝載設(shè)備驅(qū)動程序的功能可確保Linux平臺一直具有最佳操作速度對許多產(chǎn)品來說Linux系統(tǒng)已經(jīng)具備良好的實(shí)時響應(yīng)特性但還可對它進(jìn)一步優(yōu)化以適應(yīng)遠(yuǎn)程信息處理和駕駛者界面應(yīng)用隨著半導(dǎo)體生產(chǎn)商越來越多使用Linux進(jìn)行硅片生產(chǎn)前的評估和性能測試市場推動力不斷加大此外芯片設(shè)計工程師正逐漸理解軟件架構(gòu)對芯片銷售的重要性他們開始采用經(jīng)過優(yōu)化的Linux芯片和主板支持包來展示器件的關(guān)鍵特性并且市場和技術(shù)環(huán)境的融合也不斷地引導(dǎo)Linux在這個領(lǐng)域獲得成功由于Linux具有源代碼可自由獲得無單個產(chǎn)品的版權(quán)費(fèi)支持大量的硬件設(shè)備Linux 已經(jīng)是一個全球性的標(biāo)準(zhǔn)以及Linux 是一個成熟高效健壯可靠模塊化非常易于配置的操作系統(tǒng)Linux得到了越來越廣泛的應(yīng)用而嵌入式Linux 已經(jīng)不可逆轉(zhuǎn)地改變了嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)的市場前景采用嵌入式Linux制造商對嵌入式操作系統(tǒng)更好的控制權(quán)并且大大降低開發(fā)成本而最終用戶則可得到更有價值的且價格較低的產(chǎn)品可視化集成開發(fā)環(huán)境 IDE 針對汽車電子行業(yè)對提高開發(fā)效率縮短產(chǎn)品開發(fā)周期的需求研制一種支持用戶進(jìn)行可視化系統(tǒng)開發(fā)的系統(tǒng)開發(fā)界面該開發(fā)界面采用所見即所得的設(shè)計思想為開發(fā)提供了快速開發(fā)系統(tǒng)的手段本項(xiàng)目建設(shè)的重點(diǎn)就是研制開發(fā)面向汽車電子的嵌入式可視化集成開發(fā)環(huán)境IDE該IDE可以運(yùn)行在包括windows在內(nèi)的多種操作系統(tǒng)環(huán)境下并提供一致的圖形接口和人機(jī)界面所有的開發(fā)工具都適用于開發(fā)不同類型的汽車電子產(chǎn)品本項(xiàng)目在開源代碼的基礎(chǔ)上結(jié)合LINUX實(shí)時性改造內(nèi)核的要求基于中興自主研發(fā)的嵌入式Linux操作系統(tǒng)研制開發(fā)面向汽車電子的基于模型的嵌入式可視化集成開發(fā)環(huán)境ZTES SmartIDE本項(xiàng)目將采用IBM的開放源代碼的 Eclipse為原型進(jìn)行集成開發(fā)環(huán)境的開發(fā)Eclipse是一個開放的可擴(kuò)展的集成開發(fā)環(huán)境它主要是一個工具的平臺工具的開發(fā)環(huán)境包括Eclipse平臺本身和一套工具一起構(gòu)成用于創(chuàng)建基于Eclipse的工具的SDK軟件開發(fā)工具包Eclipse以支持插件的方式來提供對CC的支持用戶開發(fā)的編譯調(diào)試等工具可以通過Eclipse的接口來集成進(jìn)Eclipse平臺從而實(shí)現(xiàn)對用戶指定語言的支持IPv4IPv6協(xié)議棧GIS無線多媒體GUIWAP安全等標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件這些標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件主要來源于中興通訊高端智能手機(jī)和各種通信設(shè)備的研發(fā)成果大部分標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件已經(jīng)在在相關(guān)產(chǎn)品中得到了實(shí)際應(yīng)用具有良好的可靠性和穩(wěn)定性車載信息終端車載信息終端即是直接面對用戶與用戶互動交流的電子產(chǎn)品用戶無需了解產(chǎn)品內(nèi)復(fù)雜的技術(shù)與結(jié)構(gòu)只需要對產(chǎn)品進(jìn)行簡單的操作便可享受先進(jìn)的電子軟件技術(shù)給生活帶來的便捷嵌入式LinuxLinux系統(tǒng)包括Linux內(nèi)核系統(tǒng)庫引導(dǎo)程序驅(qū)動程序幾個部分如圖221所示圖221 嵌入式Linux操作系統(tǒng)主要功能如下進(jìn)程通訊Linux的進(jìn)程間通訊機(jī)制可分為信號信號量管道共享內(nèi)存和消息隊(duì)列進(jìn)程間通信機(jī)制與硬件平臺無關(guān)內(nèi)存管理Linux 的內(nèi)存管理采取的是分頁機(jī)制它的設(shè)計目的是分時多任務(wù)Linux可同時處理數(shù)百個任務(wù) 可以通過內(nèi)核代碼修改 它采用了兩級機(jī)制來分別處理內(nèi)核進(jìn)程與用戶進(jìn)程的內(nèi)存管理Linux虛擬內(nèi)存需要通過地址映射機(jī)制內(nèi)存的分配與回收分頁機(jī)制交換機(jī)制內(nèi)存共享等機(jī)制來實(shí)現(xiàn)進(jìn)程管理與調(diào)度進(jìn)程是操作系統(tǒng)的重要核心之一因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)的存在歸根結(jié)底就是為了提供一個運(yùn)行程序的空間Linux是一個多處理操作系統(tǒng)可以同時存在多個進(jìn)程所以當(dāng)某個進(jìn)程開始等待時操作系統(tǒng)將把CPU控制權(quán)拿過來并交給其它可以運(yùn)行的進(jìn)程調(diào)度器負(fù)責(zé)選擇適當(dāng)?shù)倪M(jìn)程來運(yùn)行Linux使用一些調(diào)度策略以保證CPU分配的公平性文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)是是本項(xiàng)目開發(fā)的重點(diǎn)之一將提供FLASH文件系統(tǒng)塊文件系統(tǒng)設(shè)備文件系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)支持所支持的設(shè)備主要有NOR FLASHDOCMMC網(wǎng)絡(luò)串口音頻等Linux內(nèi)核在各實(shí)體文件系統(tǒng)ROMRAMFlashFAT之上采用VFSVirtual File System標(biāo)準(zhǔn)接口統(tǒng)一了異構(gòu)文件系統(tǒng)的訪問接口通過VFS文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)分成兩部分上層用于文件系統(tǒng)的邏輯抽象下層用來實(shí)現(xiàn)具體的實(shí)體文件系統(tǒng)本身的功能對外通過VFS接口統(tǒng)一訪問文件系統(tǒng)主要功能包括管理緩沖區(qū)響應(yīng)系統(tǒng)調(diào)用將管道和文件輸入輸出映射到索引節(jié)點(diǎn)和緩沖區(qū)鎖定解鎖文件和記錄映射名字到索引節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用提供各種信息掛接和卸載文件系統(tǒng)調(diào)用可執(zhí)行代碼和轉(zhuǎn)存核心裝入各種二進(jìn)制格式程序等設(shè)備管理Linux支持字符設(shè)備塊設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備三種不同的設(shè)備類型字符設(shè)備是以字節(jié)為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)處理一般不使用緩沖技術(shù)塊設(shè)備是以可尋址的塊為單位進(jìn)行處理常用緩沖技術(shù)嵌入式系統(tǒng)中的塊設(shè)備主要是flash設(shè)備網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧為了支持應(yīng)用能夠通過無線模塊提供的GPRS或者CSD方式連接網(wǎng)絡(luò)需要有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的支持需要PPP支持同時平臺還支持Bluetooth 藍(lán)牙 和紅外Irda的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用因此平臺操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧中必須提供對PPP藍(lán)牙紅外的支持Boot模塊Boot用于引導(dǎo)加載程序通過這段程序可以初始化硬件設(shè)備建立內(nèi)存空間的映射圖從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)以便為最終調(diào)用Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好正確的環(huán)境Boot還需要為操作系統(tǒng)調(diào)試提供方便除了操作系統(tǒng)加載功能外還需操作系統(tǒng)調(diào)試的功能Boot的主要功能有支持串口程序下載和調(diào)試支持USB模擬網(wǎng)口程序下載支持tftp下載支持flash讀取寫入擦除提供內(nèi)存察看修改功能支持操作系統(tǒng)內(nèi)核命令行參數(shù)引導(dǎo)Linux操作系統(tǒng)提供shell系統(tǒng)從sleep模式喚醒等Linux BSP規(guī)范建立Linux BSP規(guī)范Linux支持的所有目標(biāo)CPU建立在統(tǒng)一的代碼基礎(chǔ)上規(guī)范網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動塊設(shè)備驅(qū)動字符驅(qū)動的開發(fā)目前開放源碼的LINUX BSP較多常用的有UBOOTBLOB等針對中興通訊在LINUX上的已有技術(shù)積累本項(xiàng)目計劃以UBOOT為原型規(guī)范LINUX BSP的開發(fā)主要功能如下以開放源碼的UBoot BSP為參考原型重點(diǎn)研究對多種類型CPU的支持達(dá)到流程的統(tǒng)一與代碼的最大限度的復(fù)用對于BSP沒有支持的CPU類型提供參考設(shè)計指南針對目前電信設(shè)備應(yīng)用的CPU類型 需要實(shí)現(xiàn)對X86PPCARMMIPS的支持提供業(yè)界主流公司提供的評估板的最小BSP系統(tǒng)最小BSP系統(tǒng)即提供對單板硬件基本初始化包括CPU初始化中斷控制器內(nèi)存控制器串口網(wǎng)口SDRAMFLASH提供業(yè)界主流芯片的驅(qū)動程序庫這些芯片包括FLASH網(wǎng)卡串口RTCwatchdog交換芯片I2CSPI等的支持以給開發(fā)人員提供樣板驅(qū)動減少工作量實(shí)現(xiàn)Linux BSP和實(shí)時Linux內(nèi)核的有機(jī)結(jié)合 項(xiàng)目完成時要解決以下的性能瓶頸內(nèi)核Linux是一種通用操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行在內(nèi)核態(tài)而應(yīng)用程序運(yùn)行在用戶態(tài) 程序的執(zhí)行流程需要在內(nèi)核態(tài)與用戶態(tài)之間不斷切換Linux內(nèi)核的實(shí)現(xiàn)也比嵌入式操作系統(tǒng)復(fù)雜得多系統(tǒng)調(diào)用嵌入式系統(tǒng)常用的系統(tǒng)調(diào)用包括任務(wù)管理任務(wù)同步與互斥任務(wù)間通訊定時器等通過測試Linux提供的系統(tǒng)調(diào)用效率遠(yuǎn)低于VxWorks這一方面是由于Linux內(nèi)核本身的復(fù)雜性引起的另外系統(tǒng)調(diào)用POSIX的實(shí)現(xiàn)機(jī)制也比較復(fù)雜而且對于系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)時效率考慮不多中斷處理中斷延遲與任務(wù)延遲是評價一個操作系統(tǒng)實(shí)時性的重要指標(biāo)在中斷頻繁發(fā)生的環(huán)境中中斷延遲的大小對系統(tǒng)的性能影響尤為突出Linux的中斷處理機(jī)制開銷較大中斷有可能得不到及時的處理甚至發(fā)生中斷丟失的情況目前Linux的實(shí)時性改造業(yè)界比較常用的采用雙內(nèi)核方案采用雙核結(jié)構(gòu)即在一般Linux內(nèi)核的底層加上一個硬實(shí)時的調(diào)度內(nèi)核實(shí)時進(jìn)程由實(shí)時內(nèi)核調(diào)度非實(shí)時內(nèi)核則還是由Linux核調(diào)度在用戶態(tài)運(yùn)行該方案的優(yōu)點(diǎn)是保證了實(shí)時進(jìn)程的性能目前已經(jīng)有現(xiàn)成的開發(fā)源碼可供選擇缺點(diǎn)是破壞了核的完整性雙內(nèi)核結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜同時實(shí)時進(jìn)程的調(diào)試也很困難用戶態(tài)與內(nèi)核態(tài)之間的切換開銷導(dǎo)致實(shí)時性還是難以保證針對汽車電子產(chǎn)品中有一定時間性要求的車載終端車載多媒體設(shè)備車載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在本項(xiàng)目中采取了加實(shí)時或低延時補(bǔ)丁內(nèi)核的方式來增強(qiáng)Linux系統(tǒng)的實(shí)時性這種方案的核心就是不改變Linux的系統(tǒng)構(gòu)架通過可配置的方式改變內(nèi)核的調(diào)度算法同時通過打補(bǔ)丁的方式使Linux內(nèi)核具有重入和搶占能力Montavesta Linux采用了該方案目前該公司推出的Montavesta Linux CEE版本就采用打?qū)崟r補(bǔ)丁的方式加強(qiáng)普通Linux內(nèi)核的實(shí)時性該版本目前已經(jīng)在一些公司的智能手機(jī)中采用我們可以借鑒網(wǎng)上提供的開源實(shí)時Linux補(bǔ)丁及Montavesta的方案基礎(chǔ)上設(shè)計符合要求的實(shí)時補(bǔ)丁同時針對某些汽車電子產(chǎn)品啟動時間電源管理方面的特殊要求提供這些功能模塊的可選擇組件Linux操作系統(tǒng)以GNU Linux24版本作為開發(fā)基礎(chǔ)操作系統(tǒng)部分的主要工作集中在對硬件平臺的適配特定功能增強(qiáng)性能改進(jìn)新設(shè)備的支持啟動流程的優(yōu)化系統(tǒng)功能的裁減等方面經(jīng)過這一系列的工作使其能夠適合手持設(shè)備的環(huán)境但這些工作的開展與Linux源代碼密不可分除了設(shè)備驅(qū)動其它工作均需要直接在源代碼之上進(jìn)行修改無法劃分成清晰的獨(dú)立的軟件模塊集成開發(fā)環(huán)境本項(xiàng)目在開源代碼的基礎(chǔ)上結(jié)合Linux實(shí)時性改造內(nèi)核的要求基于符合OSEK標(biāo)準(zhǔn)的安全可信的嵌入式操作系統(tǒng)SmartOSEK和中興通訊自主研發(fā)的嵌入式Linux操作系統(tǒng)研制開發(fā)面向汽車電子的基于模型的嵌入式可視化集成開發(fā)環(huán)境SmartIDE如圖222所示本項(xiàng)目將采用IBM的開放源代碼的 Eclipse為原型進(jìn)行集成開發(fā)環(huán)境的開發(fā)Eclipse是一個開放的可擴(kuò)展的集成開發(fā)環(huán)境它主要是一個工具的平臺工具的開發(fā)環(huán)境包括Eclipse平臺本身和一套工具一起構(gòu)成用于創(chuàng)建基于Eclipse的工具的SDK軟件開發(fā)工具包Eclipse以支持插件的方式來提供對CC的支持用戶開發(fā)的編譯調(diào)試等工具可以通過Eclipse的接口來集成進(jìn)Eclipse平臺從而實(shí)現(xiàn)對用戶指定語言的支持圖222 面向的可視化集成開發(fā)環(huán)境SmartIDESmartIDE實(shí)現(xiàn)的主要功能包括可視化開發(fā)界面SmartIDE提供一個高度可視化和自動化的開發(fā)界面加快了汽車電子的應(yīng)用開發(fā)SmartIDE提供的可視的圖形的互動的用戶界面允許用戶借助最為直觀和容易理解的方式進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計的自動化過程在這個集成開發(fā)環(huán)境中用戶接觸到的界面元素大多是可以操縱的圖形而不是代碼這種二維的設(shè)計環(huán)境和編程方式在給用戶提供方便的同時也帶來時間上的節(jié)省和質(zhì)量上的提高基于模型的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計工具針對汽車電子行業(yè)對提高開發(fā)效率縮短產(chǎn)品開發(fā)周期的需求研究開發(fā)一種支持用戶進(jìn)行圖形化建模的設(shè)計工具該工具采用圖形化系統(tǒng)開發(fā)界面為汽車電子控制系統(tǒng)開發(fā)人員提供了快速構(gòu)建控制系統(tǒng)模型自動生成程序代碼和文檔的手段SmartIDE首先是一個建模環(huán)境它的建模界面與MATLAB等著名的建模工具非常相似在SmartIDE的環(huán)境中建立的模型是系統(tǒng)模型可以描述包括實(shí)時操作系統(tǒng)RTOS在內(nèi)的嵌入式系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)SmartIDE的建模系統(tǒng)功能豐富可以建立不同種類的模型圖用來反映同