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专题 - 2011 中国汽车电子国际论坛暨汽车半导体应用峰会 - 现场图文 - 正文

曾刚:TOPPERS嵌入式开源OS—AUTASAR规格开源OS的开发状况

http://www.c114.net ( 2011/7/21 13:33 )

2011年7月20日,“2011中国汽车电子国际论坛暨汽车半导体应用峰会”正式召开。

主持人:下面我们有请日本TOPPERS协会的曾刚博士给大家演讲TOPPERS嵌入式开源OS—AUTASAR规格开源OS的开发状况。

曾刚:大家好!今天很高兴有这样一个机会向大家介绍一下日本TOPPERS协会,以及我们在AUTOSAR规格开源OS开发方面的最新进展。TOPPERS来源于Toyohashi OPen Platform for Embedded Real-time Systems, 丰桥开放平台嵌入式实时系统的缩写。为什么叫丰桥是因为TOPPERS协会创始人兼会长高田广章先生,曾经在丰桥科技大学工作过的原因。TOPPERS作为一个非盈利组织成立于2003年,由产业界,学术界和政府的团体和个人组成的项目型团体,它的创始人高田广章(音)先生现为名古屋大学的教授,同时也是名古屋大学嵌入式系统研究中心的创始人和主任,名古屋大学嵌入式系统研究中心也是日本国立大学中最大规模的集中了产学官力量的嵌入式系统研发中心。TOPPERS以ITRON的研究开发成果为基础致力于开发高质量的开源嵌入式系统基础软件,他的目标是成为嵌入式系统中类似于Linux地位的系统软件。下面简单介绍一下ITRON标准,该标准最早由日本东京大学板村健教授发起。在1999年,它发布了ITRON4.0最后一个版本,高田先生作为主要负责人,参与了这个版本规格的制定。从90年代后半期起,日本开发的嵌入式系统中,有30%都采用了ITRON标准,他占有日本最大的份额,同时ITRON也是世界上应用最多的操作系统之一。下面是TOPPERS的组织和会员图,目前协会包括团体会员、个人会员、准会员以及特别会员一共有212位成员,其中团体会员包括了日本主要的芯片厂商,汽车厂商等,比如瑞萨,丰田、日产、本田等等。特别值得指出的是,TOPPERS 协会也非常重视在中国的普及和推广工作,成立了中国普及工作组。目前在中国的特别会员有北京嵌入式系统联谊会、华中科技大学,湖南大学。我们在不久的将来也将成立中国事务所。协会的目标有以下四个方面,第一个是开发终极版的ITRON系统,目前这一目标已经基本完成,第二个目标是研究新一代的实时操作系统,充分满足嵌入式系统的需求,继承ITRON的优秀特征,进行新一代的操作系统的研发,通过开源的理念有效地集合产业、学术、政府等各类团体以及个人的智慧和力量。第三是研究嵌入式系统的开发技术和开发工具,以提高嵌入式技术的开发质量和效率,最后是嵌入式系统开发人才的培养。下面简单介绍一下TOPPERS的开发成果,第一代为JSP内核,他符合uITRON4.0规格,此外还有我们与日本宇宙航空研究开发机构合作开发的HRP内核,它是具有内存保护、高可靠性的实时内核。TOPPERS新一代内核开发成果ASP在可靠性,安全性和软件可移植性等方面进行了扩张和改良。此外以ASP内核为基础我们还开发了新一代的多核操作系统FMP。刚才提到了ITRON最近十年都没有新的规格提出,根据这个情况TOPPERS提出了自己的综合规格,目前已经完成了包括单核,多核系统的规格定义。关于软件中间件成果,TOPPERS有支持TCP/IP协议栈,以及文件系统的中间件等。TOPPERS的组件系统将软件封装为组件,通过将必要的组件结合在一起,可以快速构建大规模的嵌入式软件。此外在嵌入式开发工具上面,我们也开发了一系列的工具,比如说TLV它是实时操作系统执行履历的可视化工具,主要用于操作系统的调试。此外包括Builder TOPPERS综合开发环境和TTSP新一代软件测试包,作为新一代内核的测试工具,他可以通过测试脚本自动生成测试代码。

关于教育方面的成果,我们也开发了初级和中级的开发讲座教材,提供了中文和英文版本,可以从网上自由下载,此外刚才的嘉宾也提到日本最大的嵌入式系统展览,就是ET,它有一个智能车的大赛,我们提供比赛用的操作系统内核以及教材。TOPPERS的开发成果在消费电子产品及工业产品中获得了广泛的应用,特别是我们开发的汽车操作系统软件以及车载通讯中间件在铃木汽车上得到了应用,以及我们开发的高性能软件在宇宙航空中,比如火箭,民用人工卫星上也得到了应用,下面我介绍一下TOPPERS的许可证,TOPPERS开发的软件使用专有的许可证,他主要有两个方面的内容,首先TOPPERS软件派生物没有必要成为开放软件,我们不要求开源,也可以销售获取利益,但是作为使用者有一个报告的义务,具体来讲就是在使用TOPPERS成果的时候,需要向TOPPERS报告使用了什么版本的内核,以及在什么产品的什么部分使用了,这个报告义务的目的主要是用来宣传TOPPERS的开发成果,以获取进一步开发需要的资金。

下面介绍一下TOPPERS在AUTOSAR 标准OS软件方面的开发情况。

众所周知,随着车载电子系统的大规模和复杂化,车载软件的开发也面临如何提高软件开发效率以及如何保证软件高可靠性和安全性的问题,以往的开发模式主要是基于组件的开发,由汽车零部件供应商开发ECU的硬件和软件,然后通过集成ECU来完成整车设计,但是这种方式已很难适应目前大规模的车载电子系统的开发,一个趋势是基于标准平台的开发,首先是开发标准平台,其次是在平台上开发应用。这个平台包括硬件平台、软件平台以及车载网络, 软件平台包括操作系统和中间件,AUTOSAR就是这样一个车载软件的标准平台。下面简单的介绍一下AUTOSAR设计方法,右边这个图,上面是 AUTOSAR提出的概念模型,系统功能由不同的软件组件合作完成,组件之间通过虚拟总线相连。系统功能通过软件组件完整描述以后,再加上ECU的描述及系统约束,然后通过配置工具将系统的功能映射到实际的ECU上,ECU上的软件结构主要分三个层次,第一级是软件组件,其次是运行时环境RTE以及基础软件,RTE主要负责软件组件之间的通讯以及组件和基础软件之间的通讯,AUTOSAR的最大特点是可以通过工具来自动生成RTE代码,下面是基础软件的一个基本结构图,它有四个功能组合,按照三层的组织来实现,TOPPERS协会主要是致力于其中操作系统部分的研究和开发。JasPar是日本车载标准推进团体,待会儿有嘉宾将介绍这方面的情况,我就不多说了。

首先介绍一下TOPPERS第一代车载系统RTOS以及中间件的开发成果,我们早在2004年就在网上公开了第一代车载RTOS软件的内核,ATK1,它是符合汽车控制系统领域的国际标准OSEK/VDX规格的实时内核,同时它通过了MODISTARC验证并符合MISRA-C语言设计规约,刚才提到了它已经在铃木多款汽车上得到了应用。此外我们还开发了CAN/LIN通讯软件包,以及FlexRay通讯软件包。FlexRay软件包仅面向会员开放,它包括时间处理模块和通讯功能网络管理功能。目前协会正在开展新一代车载系统RTOS的开发,他主要包括两个阶段。第一个是基础研究阶段,从08—2010年,以名古屋大学嵌入式系统研究中心为基地,通过与丰田汽车公司的合作研究,我们完成了AUTOSAR OS的实现,测试以及性能评价工作,目前我们正在进行第二个阶段,设计实现阶段。主要是通过联合体共同研究的形式继续开发,目前我们在AUTOSAR OS多核实现技术上处于世界领先地位。车载系统软件的研究开发主要包括以下几个内容:第一是制定开发基于AUTOSAR OS规格的新一代车载嵌入式RTOS规格,同时在此规格上设计自己的操作系统,第三是为其开发验证套件。其开发研究成果,除了刚才提到的验证套件仅面向会员开放之外,其他的成果预计明年在网上公开,将以ATK2的名称公开。我们在研究AUTOSAR操作系统的同时,发现它的规格有以下几个问题,第一是开销比较大,如果完全实现AUTOSAR规格当中定义的所有功能,无论程序大小还是运行的开销将非常大,第二没有定义内存保护的配置方法,第三个它提出的多核的规格不够完善,而且很难满足实时性的要求,第四AUTOSAR OS规格比较难理解,此外在实现这个操作系统过程当中我们还发现了一些细节问题。针对这些问题我们有以下的方法来解决。第一个针对开销大的问题我们按照保护功能不同要求水平,追加了保护功能的子集,也就是在实现操作系统的时候,可以根据具体的功能要求,可以选择不同的子集来实现,另外我们规定了相关的硬件的功能,比如我们要求硬件能够实现互斥控制功能,针对没有定义内存保护的配置方法,我们提出了独自的配置方法。第三多核扩展的不完善性,其实早在AUTOSAR4.0多核版本发布之前,我们就提出了自己的满足实时性要求的多核规格,针对规格难读的问题,我们按照自己的方式,重新撰写了规格书,最后,针对细节的问题我们在实际的设计过程当中逐个的检讨并解决。最后,谈一下车载软件测试套件的开发,这个测试套件的目的主要是进行API测试,当然系统完成之后也可以采用此套件进行测试,其最大的特点是可以通过测试脚本,采用我们的工具,自动生成测试代码,这样可以保证测试方法的一致性,并大大提高测试效率。

最后谈一下TOPPERS将来的工作。协会主要在以下四个方面进行重点发展。第一个是继续追求高可靠性、安全性、实时性的新一代实时内核技术的开发。包括刚才说的新一代车载系统的开发,其次为了要提高嵌入式系开发效率,我们提出了嵌入式软件组件化技术TECS,第三是嵌入式平台工具的开发和研发,最后是嵌入式系统培训教材的开发。这个是TOPPERS新一代内核的路线图,大家可以看到他的起点和技术是新一代内核ASP,我们在此基础上发展TECS组件系统以及FMP多核系统,以及HRP具有内存保护、时间保护功能内核,以及具有节能控制的内核。TOPPERS历来重视在亚洲地区的推广和普遍,也重视企业使用TOPPERS成果所开展的商业活动,欢迎下载和使用TOPPERS各种开发成果,也欢迎加入TOPPERS协会,以推动TOPPERS工程的进一步发展,详细情况敬请访问我们的日文和中文网站,谢谢大家!

   来源:C114中国通信网

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