【文章內(nèi)容簡介】 車電子產(chǎn)品，從而打破國外公司在這個領域上的壟斷地位，擴大國內(nèi)廠商在汽車電子市場上的份額，并帶來了良好的社會經(jīng)濟效益。 項目目前進展情況嵌入式Linux操作系統(tǒng)在車載電子系統(tǒng)，如車載信息終端、車載多媒體設備、車載導航系統(tǒng)、行車記錄儀、車載網(wǎng)絡系統(tǒng)等方面具有非常大的應用空間。ZTE Embsys?是中興通訊在Linux的基礎之上開發(fā)的一整套嵌入式系統(tǒng)解決方案，其最大的特點在于保留了Linux操作系統(tǒng)兼容性、可移植性、可擴展性的前提下，實現(xiàn)了硬實時的用戶任務支持，并提供OS支撐系統(tǒng)（OSS）調(diào)試跟蹤工具、集成開發(fā)環(huán)境、通用組件等豐富的支持。ZTE Embsys?系統(tǒng)部分由KlibC模塊、KTH庫模塊和Embsys內(nèi)核組成，其中KLIBC模塊提供基本的LibcC庫函數(shù)的支持；KTH模塊提供內(nèi)核線程管理、信號量管理、對象管理、日志機制和內(nèi)存管理功能，并提供基于內(nèi)核的Shell，以方便對應用的調(diào)試；ZTE Embsys?內(nèi)核管理硬件并提供系統(tǒng)服務支持。另外ZTE Embsys?還實現(xiàn)了以下功能：l 支撐子系統(tǒng)：包括操作系統(tǒng)適配軟件模塊、調(diào)度管理軟件模塊、進程通信軟件模塊、內(nèi)存管理軟件模塊、定時管理軟件模塊、文件系統(tǒng)軟件模塊、異常處理軟件模塊、系統(tǒng)監(jiān)控軟件模塊、分級打印軟件模塊、命令行軟件模塊等功能；l 集成開發(fā)環(huán)境：提供對實時Linux內(nèi)核以及構(gòu)建在其上的應用程序的調(diào)試功能，并提供圖形化的調(diào)試開發(fā)環(huán)境；l 通用組件：提供嵌入式內(nèi)存數(shù)據(jù)庫等通用組件；l 自動測試工具子系統(tǒng)：提供基于消息的自動測試功能，可以通過TCL腳本設計測試用例，并分析返回的消息；到目前為止，ZTE Embsys?系統(tǒng)已經(jīng)成功運用在電信系統(tǒng)設備和終端設備上，包括ZXR10 T64高端路由器、CDMA 2000 1X 基站系統(tǒng)、ZXA10 ADSL Modem、高端智能手機E3等。 2 技術方案論述 項目創(chuàng)新點及達到的技術水平 項目創(chuàng)新點論述本項目的主要創(chuàng)新點包括：1) 提供適用不同汽車電子產(chǎn)品的、安全可信的嵌入式實時操作系統(tǒng)內(nèi)核；2) 通過提供可視化的IDE開發(fā)環(huán)境、交叉編譯環(huán)境、最小運行系統(tǒng)、應用程序框架、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標準，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Vxworks、pSos、OSEK、Windows及Linux的支持，規(guī)范了應用軟件的架構(gòu)設計，使得原有的應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Linux、VxWorks等嵌入式操作系統(tǒng)的應用程序開發(fā)調(diào)試。 項目完成時達到的技術水平項目完成時將開發(fā)出下列產(chǎn)品： 自主知識產(chǎn)權的軟件產(chǎn)品n 自主知識產(chǎn)權的嵌入式Linux操作系統(tǒng)n 自主知識產(chǎn)權的跨操作系統(tǒng)平臺n 自主知識產(chǎn)權的汽車電子集成開發(fā)環(huán)境 基于汽車電子集成開發(fā)環(huán)境的車載終端產(chǎn)品n 具備通信、定位、導航、娛樂、監(jiān)控功能的車載終端上述產(chǎn)品將達到下列的技術水平：n 支持8位、16位和32位的處理器；n 支持內(nèi)存靜態(tài)配置；n 嚴格的片內(nèi)存儲器要求；n 滿足高實時性要求；n 支持全搶占、非搶占和混合式調(diào)度方式；n 支持周期性任務；n 支持多種國際主流處理器，包括：ARM、Intel 19Motorola 68HCS1Philips LPC2119等。n 基于消息機制支持設備內(nèi)部和設備之間的通訊；n 支持三種消息傳輸模式：直接式、周期式、混合式；n 提供通知機制向任務報告消息收發(fā)情況；n 通過對象字典（Object Dictionary）對設備功能進行描述；n 通過標準化的事件觸發(fā)的高優(yōu)先級突發(fā)報文用于報告設備故障；n 支持包括CAN等現(xiàn)場總線在內(nèi)的傳輸方式。 項目技術方案論述 項目主要研究內(nèi)容概述本項目的主要研究內(nèi)容包括4個方面，分別為：n 嵌入式Linux操作系統(tǒng)對于汽車電子產(chǎn)品來說，嵌入式Linux在商業(yè)和技術上的優(yōu)勢非常具有吸引力。由于可更好地適應電子市場發(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?？缮壖軜?gòu)的關鍵特性和快速的技術轉(zhuǎn)移為廣泛采用Linux作為操作系統(tǒng)平臺創(chuàng)造了機遇。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。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，它必須能滿足駕駛者所期望的速度快速啟動和復位，并對來自CAN或者MOST總線的車內(nèi)信息進行快速響應。由于其獨特的處理模式，Linux能處理局部故障而不會導致大規(guī)模的系統(tǒng)崩潰，并且能從這些故障中恢復。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測的。按需要加載/卸載設備驅(qū)動程序是Linux非常適合于遠程信息處理和駕駛者界面應用的另外一個關鍵點。這種根據(jù)需要裝載設備驅(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)具備良好的實時響應特性，但還可對它進一步優(yōu)化以適應遠程信息處理和駕駛者界面應用。隨著半導體生產(chǎn)商越來越多使用Linux進行硅片生產(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鍵特性，并且市場和技術環(huán)境的融合也不斷地引導Linux在這個領域獲得成功。由于Linux具有源代碼可自由獲得、無單個產(chǎn)品的版權費、支持大量的硬件設備、Linux 已經(jīng)是一個全球性的標準以及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用，而嵌入式Linux 已經(jīng)不可逆轉(zhuǎn)地改變了嵌入式實時操作系統(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，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。n 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計思想，為開發(fā)提供了快速開發(fā)系統(tǒng)的手段。本項目建設的重點就是研制開發(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。本項目在開源代碼的基礎上，結(jié)合LINUX實時性改造內(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。本項目將采用IBM的開放源代碼的 Eclipse為原型進行集成開發(fā)環(huán)境的開發(fā)。Eclipse是一個開放的，可擴展的集成開發(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C/C++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Eclipse平臺，從而實現(xiàn)對用戶指定語言的支持。n 標準構(gòu)件庫為了加快基于汽車計算平臺的信息處理系統(tǒng)的設計及開發(fā)速度、降低相關產(chǎn)品的研發(fā)成本并提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性，本項目將提供部分汽車電子產(chǎn)品軟件中常用的一些模塊，如嵌入式數(shù)據(jù)庫、精簡IPv4/IPv6協(xié)議棧、GIS、無線、多媒體、GUI、WAP、安全等標準構(gòu)件。這些標準構(gòu)件主要來源于中興通訊高端智能手機和各種通信設備的研發(fā)成果，大部分標準構(gòu)件已經(jīng)在在相關產(chǎn)品中得到了實際應用，具有良好的可靠性和穩(wěn)定性。n 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)復雜的技術與結(jié)構(gòu)，只需要對產(chǎn)品進行簡單的操作，便可享受先進的電子軟件技術給生活帶來的便捷。 嵌入式Linux操作系統(tǒng)解決方案Linux系統(tǒng)包括Linux內(nèi)核、系統(tǒng)庫、引導程序、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：l 進程通訊：Linux的進程間通訊機制可分為信號、信號量、管道、共享內(nèi)存和消息隊列，進程間通信機制與硬件平臺無關。l 內(nèi)存管理：Linux 的內(nèi)存管理采取的是分頁機制，它的設計目的是分時多任務，Linux可同時處理數(shù)百個任務(可以通過內(nèi)核代碼修改)，它采用了兩級機制來分別處理內(nèi)核進程與用戶進程的內(nèi)存管理。Linux虛擬內(nèi)存需要通過地址映射機制、內(nèi)存的分配與回收、分頁機制、交換機制、內(nèi)存共享等機制來實現(xiàn)。l 進程管理與調(diào)度：進程是操作系統(tǒng)的重要核心之一，因為操作系統(tǒng)的存在歸根結(jié)底就是為了提供一個運行程序的空間。Linux是一個多處理操作系統(tǒng)，可以同時存在多個進程，所以當某個進程開始等待時，操作系統(tǒng)將把CPU控制權拿過來并交給其它可以運行的進程。調(diào)度器負責選擇適當?shù)倪M程來運行，Linux使用一些調(diào)度策略以保證CPU分配的公平性。l 文件系統(tǒng)：文件系統(tǒng)是是本項目開發(fā)的重點之一，將提供FLASH文件系統(tǒng)、塊文件系統(tǒng)、設備文件系統(tǒng)以及網(wǎng)絡文件系統(tǒng)支持。所支持的設備主要有：NOR FLASH、DOC、MMC、網(wǎng)絡、串口、音頻等。Linux內(nèi)核在各實體文件系統(tǒng)（ROM、RAM、Flash、FAT）之上采用VFS（Virtual File System）標準接口，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；下層用來實現(xiàn)具體的實體文件系統(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)、響應系統(tǒng)調(diào)用、將管道和文件輸入/輸出映射到索引節(jié)點和緩沖區(qū)、鎖定/解鎖文件和記錄、映射名字到索引節(jié)點、實現(xiàn)多路復用、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、裝入各種二進制格式程序等。l 設備管理：Linux支持字符設備，塊設備和網(wǎng)絡設備三種不同的設備類型。字符設備是以字節(jié)為單位進行數(shù)據(jù)處理，一般不使用緩沖技術。塊設備是以可尋址的塊為單位進行處理，常用緩沖技術，嵌入式系統(tǒng)中的塊設備主要是flash設備。l 網(wǎng)絡協(xié)議棧：為了支持應用能夠通過無線模塊提供的GPRS或者CSD方式連接網(wǎng)絡，需要有網(wǎng)絡協(xié)議棧的支持（需要PPP支持）。同時，平臺還支持Bluetooth(藍牙)和紅外（Irda）的網(wǎng)絡應用，因此平臺操作系統(tǒng)網(wǎng)絡協(xié)議棧中必須提供對PPP、藍牙、紅外的支持。l Boot模塊：Boot用于引導加載程序。通過這段程序，可以初始化硬件設備、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Linux操作系統(tǒng)；提供shell；系統(tǒng)從sleep模式喚醒等。l Linux BSP規(guī)范：建立Linux BSP規(guī)范，Linux支持的所有目標CPU建立在統(tǒng)一的代碼基礎上，規(guī)范網(wǎng)絡驅(qū)動、塊設備驅(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UBOOT、BLOB等，針對中興通訊在LINUX上的已有技術積累，本項目計劃以UBOOT為原型，規(guī)范LINUX BSP的開發(fā)。主要功能如下：252。 以開放源碼的UBoot BSP為參考原型，重點研究對多種類型CPU的支持，達到流程的統(tǒng)一與代碼的最大限度的復用；對于BSP沒有支持的CPU類型，提供參考設計指南。針對目前電信設備應用的CPU類型， 需要實現(xiàn)對X8PPC、ARM、MIPS的支持。252。 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、SDRAM、FLASH。252。 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、RTC、watchdog、交換芯片、I2C、SPI等的支持。以給開發(fā)人員提供樣板驅(qū)動，減少工作量。252。 實現(xiàn)Linux BSP和實時Linux內(nèi)核的有機結(jié)合。 項目完成時要解決以下的性能瓶頸：l 內(nèi)核：Linux是一種通用操作系統(tǒng)，內(nèi)核運行在內(nèi)核態(tài)，而應用程序運行在用戶態(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)核的實現(xiàn)也比嵌入式操作系統(tǒng)復雜得多；l 系統(tǒng)調(diào)用：嵌入式系統(tǒng)常用的系統(tǒng)調(diào)用包括任務管理、任務同步與互斥、任務間通訊、定時器等，通過測試，Linux提供的系統(tǒng)調(diào)用效率遠低于VxWorks，這一方面是由于Linux內(nèi)核本身的復雜性引起的，另外，系統(tǒng)調(diào)用、POSIX的實現(xiàn)機制也比較復雜，而且對于系統(tǒng)調(diào)用的實時效率考慮不多；l 中斷處理：中斷延遲與任務延遲是評價一個操作系統(tǒng)實時性的重要指標。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時的調(diào)度內(nèi)核，實時進程由實時內(nèi)核調(diào)度，非實時內(nèi)核則還是由Linux核調(diào)度，在用戶態(tài)運行。該方案的優(yōu)點是保證了實時進程的性能，目前已經(jīng)有現(xiàn)成的開發(fā)源碼可供選擇；缺點是破壞了核的完整性，雙內(nèi)核結(jié)構(gòu)比較復雜，同時實時進程的調(diào)試也很困難，用戶態(tài)與內(nèi)核態(tài)之間的切換開銷導致實時性還是難以保證。針對汽車電子產(chǎn)