一文入门AUTOSAR OS

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。

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。

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。

 

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。

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。

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。

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。

#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。

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。

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。

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。

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。

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。    

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。

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

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。

这里简单介绍两个schedule table 的api

•Start absolute point 

•Start relative point

一般情况下我们系统里只需要一条schedule table即可。所以这些api 在外部用的也很少。这里只需要直到，如果当架构设计需要多条schedule table的时候，我们可以通过一系列条件，手动的调度起来。让这上面的point 内部的task 以此运行。

配置

配置也相对比较简单。也基本不需要配置，因为在左外SWC 设计，完成RTE 的配置之后。这个table的属性就已经被定义好了。只是通过OS 将其生成代码。

 

stack monitor 栈监控

最上面提到task的一个配置参数，栈的使用。

这里面就是可以激活OS 对栈使用的监控。os将会自动monitor

下面截取一段代码，解释了一下os如何获取栈的使用情况。在使用过程中，我们用户可以利用这个api进行一些自己的monitor.

当然实现方式千千万，我们还是要了解一下实际的原理。

下图可以看出来。不同地方调用 GetStackUsage结果可能是不同的。

所以一般来说，我们可以选择高优先级的任务进行执行该api. 进而获取

 

time protection 时间保护

对于时间保护我们一般采类似于下面的时间约束。

这是什么意思呢。

1ms的任务 如果在5ms内 没有被执行完，则认为有问题。

3ms的任务 如果在10ms内没有被执行完，则认为有问题。

5ms的任务 如果在15ms内没有被执行完，则认为有问题。

下面有个例子。

看似是C 没有执行完。确实os 报错 应该报的是C 任务没有规定时间内完成。

但是原因缺失上面的A 和 B。所以实际情况，还是需要根据调度关系进行分析。问题不一定处在报错的任务。

关于配置方面也很简单。

 

memory protection 内存保护

内存保护的机制通过os-application 的 trust 和 non-trust 进行隔离开。

对读写的限制，对运行的隔离。

当其中一个os-application 发生故障，可以独立的关闭其中一个os-application ,其他的os-application 不受影响。

对外设的访问，对内存特殊区域的访问的约束。可以通过trust non-trust 来约束。

这样可以一定程度上减少 让os崩溃的可能发生

 　　审核编辑：汤梓红