SmartOSEK OS 3.0的设计与实现

论文摘要

实时操作系统(RTOS)是一种特殊的能满足实时系统实时性需求的操作系统，实时操作系统是各种嵌入式实时系统的功能基础和开发平台。SmartOSEK OS是浙江大学ESE工程中心开发的符合OSEK／VDX标准的嵌入式实时操作系统，该系统已经推出到2.0版本，是一个高效可靠的实时内核。但是由于起初设计上的缺陷和OSEK／VDX标准本身的局限性，SmartOSEK OS 2.0依然存在一些问题和不足，这些问题和不足影响了该系统的可用性。SmartOSEK OS 3.0在继承SmartOSEK OS 2.0优点的同时对其进行改良和扩展。与SmartOSEK OS 2.0不同，其整体采用层次化结构，分为硬件抽象层、实时内核层以及系统服务层三层。硬件抽象层实现硬件相关操作，向上层提供平台无关的接口，便于系统移植。实时内核层分为超核以及内核组件。SmartOSEK OS2.0相当于SmartOSEK OS 3.0的超核部分。超核针对SmartOSEK OS 2.0的不足进行扩展，实现最基本的内核功能，其中扩展的任务队列为实现复杂的任务调度机制和同步机制奠定了基础；动态内存管理实现了动态的内存分配操作；动态对象管理实现了动态创建和释放内核对象的功能。内核组件基于超核实现不同标准规定的内核功能，并提供标准化的应用程序编程接口。AUTOSAR内核组件实现了AUTOSAR内核功能，最主要的是实现了调度表从而引入了基于时间的调度机制。POSIX内核组件提供了符合POSIX标准的实时线程模型以及基本的线程同步机制，如：互斥量、信号量以及条件变量。系统服务层提供各种扩展的系统服务：ECU状态管理器管理ECU的运行、停止和睡眠状态并负责在这些状态间的切换；看门狗管理器提供基于硬件看门狗的应用程序监控机制；AUTOSAR通信服务提供基于消息的统一通信平台；TCP／IP协议栈提供基于TCP／IP的通信能力；图形用户界面提供基于LCD的图形交互功能。SmartOSEK OS 3.0对现有的SmartOSEK OS 2.0进行改进和扩展，并在一定程度上进行革新，是一个高效、可靠、功能丰富的嵌入式实时操作系统。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 图目录
• 表目录
• 第1章 绪论
• 1.1 项目背景
• 1.2 研究基础和现状
• 1.2.1 实时操作系统比较
• 1.2.2 SmartOSEK OS及其现状
• 1.3 研究目的
• 1.4 论文主要内容和贡献
• 1.5 论文结构
• 第2章 SmartOSEK OS 3.0的技术基础
• 2.1 实时操作系统的标准化
• 2.1.1 OSEK/VDX标准
• 2.1.2 AUTOSAR标准
• 2.1.3 POSIX标准
• 2.2 实时内核相关技术
• 2.2.1 实时任务管理
• 2.2.2 任务间的同步和通信
• 2.2.3 内存管理
• 2.2.4 时间管理
• 2.3 控制器局域网通信协议
• 2.4 嵌入式TCP/IP协议栈
• 2.5 嵌入式图形用户界面
• 2.6 本章小结
• 第3章 SmartOSEK OS 3.0的整体设计
• 3.1 SmartOSEK OS 3.0的层次化结构
• 3.2 硬件抽象层
• 3.2.1 系统启动
• 3.2.2 上下文切换
• 3.2.3 硬件时钟管理
• 3.2.4 中断管理
• 3.3 实时内核层
• 3.4 系统服务层
• 3.5 本章小结
• 第4章 SmartOSEK OS 3.0实时内核层设计与实现
• 4.1 SmartOSEK OS 3.0超核
• 4.1.1 超核的基本功能
• 4.1.2 通用链表
• 4.1.3 动态对象管理
• 4.1.4 任务队列
• 4.1.5 动态内存分配
• 4.2 AUTOSAR内核组件
• 4.2.1 调度表
• 4.2.2 全局时间同步
• 4.2.3 保护机制
• 4.3 POSIX内核组件
• 4.3.1 POSIX多线程模型的实现
• 4.3.2 POSIX线程同步机制的实现
• 4.4 本章小结
• 第5章 SmartOSEK OS 3.0系统服务层设计与实现
• 5.1 ECU状态管理器
• 5.1.1 启动状态
• 5.1.2 运行状态
• 5.1.3 关闭状态
• 5.1.4 睡眠状态
• 5.1.5 唤醒状态
• 5.2 看门狗管理器
• 5.2.1 运行监控
• 5.2.2 硬件看门狗的触发
• 5.3 AUTOSAR通信服务
• 5.3.1 AUTOSAR通信交互层
• 5.3.2 PDU路由器
• 5.3.3 I-PDU复用器
• 5.3.4 CAN传输层
• 5.4 本章小结
• 第6章 工作总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果
• 致谢