AutoSAR专题（二）OS

AutoSAR OS的核心功能是基于OSEK OS，同时又对OSEK OS做了一些扩展。

OSEK OS提供的以下特性在AutoSAR OS中是支持的：

• 基于固定优先级的调度
• 对中断的处理
• 中断的优先级高于任务
• 针对操作系统服务的错误使用提供一些保护
• 提供启动接口StartOS和StartupHook
• 提供关闭接口ShutdownOS和ShutdownHook

AutoSAR OS还有以下特性：

• 调度表（ScheduleTable）
• 栈监控（Stack Monitoring）
• OS-Application
• 保护机制（Protection Facilities）
• 系统可扩展性（System Scalability）
• 钩子函数（Hook Functions）

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调度表（ScheduleTable）

静态定义的任务激活机制：使用OSEK计数器和一系列自启动的Alarm。

运行时OS会依次执行每个到期点（Expiry Point），而这种执行机制是由OSEK计数器来驱动的。OS需要知道Expiry Point的执行顺序，由Offset来保证。

到期点（Expiry Point）:

• 任务或者事件激活的激活点
• 从ScheduleTable开始的system tick的偏移量（Offset）

在运行时，操作系统会轮流执行每个Expiry Point上的Task和事件。

调度表执行有两种情况：

• 单次触发，即调度表从开始到结束执行一遍
• 重复触发，即调度表从第一个Expiry Point执行到最后一个Expiry Point，然后再回到第一个开始执行。每个Expiry Point的周期便是调度表的持续时长。

ScheduleTable的控制：

（1）OS提供StartScheduleTableAbs服务，在绝对值“Start”处开始处理ScheduleTable（当OS计数器的值等于Start+InitialOffset时，应该处理调度表上的初始到期点）。

（2）OS提供StartScheduleTableRel服务，以相对于OS计数器的“当前值”的"Offset"处开始处理ScheduleTable（当OS计数器的值等于Now+Offset+InitialOffset时，应该处理调度表上的初始到期点）。

示例一（绝对值调度）：

如上图所示，给出一个调度表的Offset分别是2（InitialOffset），5，8，在计数器数值等于65533时调用函数接口StartScheduleTableAbs，传入绝对值“Start”为2，那么当OS计数器的值等于Start+InitialOffset=4时，开始处理调度表的第一个到期点。

示例二（相对值调度）：

如上图所示，给出一个调度表的Offset分别是2（InitialOffset），5，8，在计数器数值等于65533时调用函数接口StartScheduleTableRel，传入相对Offset为2，那么当OS计数器的值等于Now+Offset+InitialOffset=1时，开始处理调度表的第一个到期点。

调度表的同步有两种方式：

• 隐式同步
• 显示同步

（这部分有点复杂，笔者没有深入研究过，作为使用而不是设计OS的人来说笔者认为知道一些概念就好，如果感兴趣读者可以自行研究，也欢迎一起讨论。）

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栈监控（Stack Monitoring）

栈监控将在Task和Category 2 ISR进行上下文切换的时候对超出stack使用量的情况进行识别。

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OS-Application

AutoSAR OS必须能够支持操作系统对象（Task，ISR，Alarm，Schedule Table，Counter）集合，这个集合称为OS-Application。

OS-Application分成两类：

• 可信的（Trusted）
• 不可信的（Non-Trusted）

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保护机制（Protection Facilities）

1.存储保护（Memory Protection）：

存储保护仅限于硬件支持存储保护的芯片。

存储保护的对象有：数据（Data），程序（Code）及栈（Stack）。

对栈的保护主要有以下原因：

• 通过Stack监控可以快速检测到栈的溢出（Overflow和Underflow）
• 为满足某些功能安全的约束

对数据的保护：

OS-Application可以有私有数据部分，属于同一OS-Application的Task和ISR共享这些数据区域。

对程序的保护：

程序段是可以由OS-Application私有，也可以在OS-Application之间共享（使用共享库），在不使用程序段保护的情况下，执行不正确的代码将导致一些违规。

2.时间保护（Timing Protection）

当任务和中断运行时错过其Deadline，实时操作系统就会发生错误。

Deadline是指任务和中断服务必须完成的那个时间点。

（Response Time <= Deadline <= Period）

示例：

假设有3个任务A，B和C，它们的优先级，执行时间，Deadline分别定义如上图所示。

假设这3个任务都在时间点0的时候开始执行，当任务执行时间，执行点，都如上图规定的时候，3个任务就会运行的比较正常，每个任务都满足其Deadline，如下图所示：

但是当任务A和任务B出现异常（任务A和任务B执行时间超过预期，任务B过早地到来），最终任务A和任务B都满足其Deadline，而任务C却由于任务A和任务B的异常运行没有满足其Deadline，如下图所示：

Task或者ISR是否能满足其Deadline由以下因素决定：

• Task/ISR的执行时间
• Task/ISR因为较低优先级的Task/ISR占用共享资源而产生的阻塞时间
• Task/ISR到达时间的间隔率

为确保Task/ISR能满足Dealine，软件架构师在设计任务的时候就要考虑这些因素。

3.服务保护（Service Protection）

OSEK OS已经通过服务调用返回的状态码提供了一些服务保护，这将为服务保护提供基础。

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系统可扩展性（System Scalability）

为了根据用户需求定制操作系统并充分利用处理器，划分了以下扩展等级（Scalability Class）：

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钩子函数（Hook Functions）

提供以下类型的钩子函数（Hook Function）：

• Startup Hook
• Shutdown Hook
• Error Hook

参考文献：

AUTOSAR_CP_SWS_OS