一文入门AUTOSAR OS

谈思实验室 2023-06-29 2724

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描述

Autosar Os overview

Autosar Os 在Autosar 框架中上至RTE 下至驱动，中间可以和BSW 基础模块进行交互。是整个autosar 框架下最重要的组成部分。

BSW

其中Syser Services 为一些系统服务，不属于操作系统。下文仅对 Os 进行描述

OS 与 BSW 各模块关系

虽然说OS 是整个框架的灵魂，但是也有极少数的BSW 模块不与OS 直接交互。换句话说，其他BSW 模块在改动的时候，是需要考虑一下OS 对其的影响，和它对OS 的影响。

BSW

这里可以看到除了cdd 都是无限制的与os交互。只有cdd 是有限制的和os 进行交互。

OS 的类别与其功能

AUTOSAR OS 和 OSEK OS 都是为汽车领域而开发的实时操作系统。虽然它们都致力于提供实时性能、可靠性和稳定性，但其设计理念和实现方式有所不同。AUTOSAR OS 旨在提供更高级的软件体系结构和更多的配置选项，以支持更复杂的汽车软件系统；而 OSEK OS 更加简单和轻量级，适用于较小规模的汽车电子系统。两者可以共存，也可以相互补充，以满足不同汽车应用的需求。

BSW

TASK

OS 的task 分为两种。

-- 基本任务

-- 扩展任务

其主要的区别就是有无waiting状态。这里先表示一下基本状态，下面对其使用栈详细描述可以按需在实际架构中设计，使用。

BSW

TASK - 抢占机制

01非抢占

这里可以看出，当任务被设定为非抢占的时候，当任务没有完成时，即使高优先级的任务到来，也无法将其抢占。

一般情况下我们可以把初始化的任务，以及一些模式切换时候，必须进行的一些操作，这类任务设计成非抢占的任务。

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02抢占

为了更好的利用OS 来压榨硬件资源，大部分的任务都会被设计成抢占式任务。一般的原则，重要的任务优先级高，需要运行时间较短的任务优先级高。

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03合作

这里就很灵活，但是需要在代码过程中设计好什么时候让出CPU。但是处理得好的话，会拖慢CPU，无法最大限度的压榨硬件，高优先级的任务被耽误。

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

任务在配置过程中最重要的下面几个参数，需要注意。这里尤其要注意使用栈的大小。因为这个真的有可能会让软件运行奔溃。其他的参数最多是运行不正常。

BSW

TASK - 栈的使用

Autosar os的栈使用是单一栈策略。假设定义了32k的栈。那么所有的task都使用这一个大的栈空间。那就是说，当有任务抢占的时候，栈是叠加使用的。下面是

抢占时候使用的栈情况。

BSW

这里可以看出来，当有高优先级的任务运行的时候，栈的使用空间是一直增大的。这时候就需要注意上面定义的32k 够不够用了。因为他们所有的task公用一个栈。

下面是非抢占时候使用栈的情况。

BSW

这里就相对简单多了，栈的使用就是和当前运行的task所需要的栈的情况是一样的。

前面说到扩展任务的情况呢。

BSW

这里操作系统会根据静态配置的任务使用的栈，进行预留。换句话说就是配置完扩展任务后，os 根据优先级比扩展任务优先级高的任务使用栈的最大总和，预留一下。把扩展任务的栈至于栈底 + 最大使用量。当扩展任务到running状态后，直接就在规定的栈地方运行。所以这里很考验前面的所有task的栈，如果是使用超了，这时候程序必然就崩了。

中断

Interrupt

Category 1

•Os 无法给一类中断提供服务

•一类中断不与Os交互

•一类中断优先级高于Os 以及所有的二类中断

•可以通过Os 接口对一类中断进行enable/disable

Category 2

•二类中断受到Os管控

•硬件中断向量指向Os内部

•有限制使用os 接口不允许 TerminateTask, WaitEvent, ClearEvent, Schedule, ChainTask

下图可以看出来一类中断时独立于os的，高于os的。根据不同的芯片是不同的，有的芯片的中断优先级是组类别，有的是独立的。也就是说中断是否可以嵌套。

BSW

下面是当二类中断发生，这时候我们的os将会怎么处理呢。

当硬件终端触发，并且ICU模块处理完成之后，到达了OS 。这时候OS 根据静态配置进行操作，对上下文进行切换与保存现场。

BSW

在配置过程中很简单，但是对于实际的操作我们需要注意优先级，一般情况我们都会使用二类中断。这样会减少os的影响。减少系统的不可控性。

BSW

如何有效率的使用中断。

#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 */
}

异步处理，不将中断的回调一直处理完。而是激活一个task，进行处理，当然这也是要根据实际场景进行设计。

resource

Resource 基础介绍

•Standard resource 标准的二进制状态

•Linked resource 可以嵌套的二进制状态

•Internal resource 以任务为基础的二进制状态

BSW

Standard resource 标准的二进制状态具体使用

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

代码片段：可切换语言，无法单独设置文字格式

可以看出这类是最简单的，一个get 一个 release. 中间的就是会被锁住的资源。其他地方无法进行访问。需要这个release之后才可以。

Linked resource 可以嵌套的二进制状态

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

代码片段：可切换语言，无法单独设置文字格式

和上面很相似，不过必须是一个对应一个。一个解开一个。

举个例子错误使用

#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: 任务结束前，没有release.

Schedule table

区别于rtos, 这里有调度表，属于静态配置的调度器。可以说是一系列的event的组合。

下面也给了schedule table 和 event的对比。用起来相当的方便。

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