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trampoline操作系统移植及软件运行监控功能设计

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Trampoline操作系统移植及软件运行监控功能设计

作者：李思健中国科学技术大学

学位级别：硕士

随着人们对汽车舒适性、安全性等方面需求的增加,汽车应用软件功能日益增多,导致汽车电子控制系统越来越复杂,系统软件的复杂度和开发成本越来越高。AUTOSAR标准定义的软件架构具有模块化、可移植性、可复用性等特性,保证汽车电子产品... 详细信息

随着人们对汽车舒适性、安全性等方面需求的增加,汽车应用软件功能日益增多,导致汽车电子控制系统越来越复杂,系统软件的复杂度和开发成本越来越高。AUTOSAR标准定义的软件架构具有模块化、可移植性、可复用性等特性,保证汽车电子产品质量的同时,降低了开发成本。因此,AUTOSAR标准受到越来越多的整车厂和供应商青睐。目前,国外对AUTOSAR标准的研究较为成熟,国内在这一方向起步较晚,研发基础较弱。本文以开源的AUTOSAR操作系统——trampoline为研究对象。trampoline操作系统采用基于优先级的调度策略,具备运行时的保护功能,只允许静态配置,这些特征使得trampoline满足车控操作系统对高实时性、高安全性(Safety,功能失效导致的人员安全风险)的需求。本文将trampoline移植到MC9S12XEQ512单片机,优化其实时性和安全性,设计满足AUTOSAR标准的运行监控模块,监控操作系统与应用层软件运行时的状态,提高安全性。研究内容如下:首先,在电动汽车整车控制器上移植trampoline操作系统,修改与处理器相关的任务管理、系统服务、中断管理、堆栈监测和时间保护模块。系统服务模块设计用户和内核双重工作模式,限制用户访问权限,保护内核安全。中断管理模块引入中断线程化机制,提高中断响应实时性。堆栈监测模块无需硬件支持即可检测栈溢出。时间保护模块借助高精度的硬件定时器控制任务运行时间在预期范围内。其次,考虑到汽车电控单元往往处理能力弱、存储资源少,难以实现完备的运行监控模块,本文针对嵌入式程序中常见的超时和“跑飞”问题,设计包含频率检测、截止时间检测和控制流检测三个功能的运行监控模块,可同时监控操作系统内核和应用层软件,提高整个软件系统的安全性。频率检测负责周期程序执行频率监控;截止时间检测负责程序运行时间监控;控制流检测负责程序执行顺序监控。模块在被监控程序中设置检查点,获取实时运行信息;在专门周期中断中对运行信息进行判断,实现故障识别;利用看门狗电路进行故障处理;引入位图存储控制流图的二维数组,降低存储开销。最后,在MC9S12XEQ512单片机上进行模块测试和系统测试,表明双重工作模式、中断线程化、堆栈监测和时间保护机制有效;对运行监控模块进行功能测试,表明频率检测、截止时间检测和控制流检测三个检测功能有效;在单片机内部时钟频率为64MHz、总线频率为32MHz的情况下,测试得到检查点处的平均运行时长为12.98μs,检查点数和被监控程序的运行时长满足线性关系,合理选择检查点数,由运行监控模块带来的开销可以接受。

关键词： trampoline 嵌入式实时操作系统 AUTOSAR 运行监控

基于OSEK/VDX标准的trampoline操作系统研究

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单片机与嵌入式系统应用 2009年第4期9卷 17-20页

作者：陈二涛徐玉斌太原科技大学

介绍了基于OSEK/VDX标准的开源嵌入式实时操作系统trampoline,详细分析了该操作系统内核调度、任务管理和中断管理的实现机制,并指出了trampoline为实现高可移植性、小内存的设计目标时对OSEK任务管理和中断管理所作的优化。最后,给出了... 详细信息

介绍了基于OSEK/VDX标准的开源嵌入式实时操作系统trampoline,详细分析了该操作系统内核调度、任务管理和中断管理的实现机制,并指出了trampoline为实现高可移植性、小内存的设计目标时对OSEK任务管理和中断管理所作的优化。最后,给出了在Linux/x86平台上使用trampoline开发应用程序的方法。

关键词： OSEK/VDX trampoline 任务调度任务管理中断管理

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柴油机SCR系统管理软件及关键部件开发

柴油机SCR系统管理软件及关键部件开发

作者：段畅江苏大学

学位级别：硕士

随着排放法规的日益严格,柴油车排放污染成为社会关注的热点问题,车用柴油机排放控制面临前所未有的挑战。各大柴油机企业及科研院校均开展了大量的研究工作,众多研究表明,SCR技术是目前实现国Ⅴ及以上排放法规的最有效途径之一。柴油机... 详细信息

随着排放法规的日益严格,柴油车排放污染成为社会关注的热点问题,车用柴油机排放控制面临前所未有的挑战。各大柴油机企业及科研院校均开展了大量的研究工作,众多研究表明,SCR技术是目前实现国Ⅴ及以上排放法规的最有效途径之一。柴油机SCR系统中包含多个电子控制单元,其中尿素计量泵控制单元与氮氧传感器控制单元通过CAN总线与发动机控制单元进行通信,是整个控制系统的核心。为此,本文将围绕尿素计量泵与氮氧传感器进行软硬件开发。汽车电子系统的日益庞大复杂对软件开发提出了新的要求,为了提高软件的实时性、移植性和扩展性,德国汽车工业界联合推出了OSEK标准。本文遵循OSEK标准,以开源实时操作系统trampoline为基础,开发了一套管理软件;并以此为基础开发应用程序,配置相应的OIL文件,将基础配置文件与GOIL解析生成的文件合并,构成整体应用软件,开发过程周期短,成本低,软件移植性高,扩展性强。氮氧传感器硬件方面,根据氮氧传感器的工作原理,自主设计并开发一款氮氧传感器ECU电路板,电路包括:CAN通信模块、MCU模块、电压转换模块和加热与信号处理模块。提出了一种新的氮氧传感器加热控制电路及方法,与现有解决方案相比,减少恒流源的使用、降低电路成本和复杂性。尿素计量泵硬件方面,基于国内外先进的SCR成果,提供一种尿素计量泵装置及其尿素计量供给方法,集成辅助控制单元(DCU),可根据发动机工况,通过调节步进电机转速控制隔膜泵工作,进而精确计量尿素的供给量。该装置的输入端与输出端分别布置于两侧,装置内压缩空气通道上设有压力传感器,尿素回流通道上设有尿素回流电磁阀,混合室附近设有加热装置,DCU固定于尿素计量泵罩盖上,该装置的底座结构简单,可大幅降低成本。通过基础软件验证、氮氧传感器测试及尿素计量泵测试,结果表明,开发的管理软件可适用于各应用程序的开发,自主开发的氮氧传感器和尿素计量泵能正常工作。

关键词： SCR系统氮氧传感器尿素计量泵 OSEK trampoline

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OSEK OIL配置器研究与应用

OSEK OIL配置器研究与应用

作者：陈二涛太原科技大学

学位级别：硕士

为解决汽车电子中应用软件大量增加及重复开发问题,欧洲汽车行业开发了一个用于汽车电子的、带有标准接口的开放式系统-OSEK/VDX标准(文中简称为OSEK标准)。OSEK标准体系包括操作系统(OS)标准、通信(COM)标准、网络管理(NM)标准及OSEK... 详细信息

为解决汽车电子中应用软件大量增加及重复开发问题,欧洲汽车行业开发了一个用于汽车电子的、带有标准接口的开放式系统-OSEK/VDX标准(文中简称为OSEK标准)。OSEK标准体系包括操作系统(OS)标准、通信(COM)标准、网络管理(NM)标准及OSEK实现语言(OIL)标准。OIL(OSEK Implementation Language)标准提供了一种描述应用程序的标准方法,实现了汽车电子控制单元(ECU)应用程序的可移植性。如果一个应用程序用OIL语言进行描述,那么它可以很方便的从一个OSEK平台移植到另一个OSEK平台,几乎不需要做任何修改。但是,OIL语言仅提供了描述应用程序的语法和语义,如果采用手写描述文件的方式开发应用程序,由于OIL语法复杂且繁多,使得程序开发难度加大且容易出错。本文针对OSEK OIL配置器进行研究。首先,论文介绍了OSEK标准的各组成部分,重点分析了其中的OSEK OIL标准,以及如何使用OIL语言对OS系统中的各种OSEK对象进行定义,为使用OIL语言描述应用程序奠定了基础。其次,分析研究了一种开源OSEK操作系统-trampoline。通过对其内核源代码的深入剖析,详细分析了其内核调度、任务管理、中断管理、警报管理的实现机制,搭建了OIL配置器研究的平台和实验环境。第三,基于XML技术设计了一种图形化的OIL配置器。该配置器使用XML文件作为中间数据存储,避免了直接生成文本格式OIL配置文件导致的程序实现复杂、可扩展性差的问题。不同于现有基于XML技术的OIL配置器设计方法,本文加入了XML Schema文件对应用定义配置数据进行验证,将程序逻辑简化,进一步提高了程序的可扩展性。第四,使用VC++6.0对图形化的OIL配置器进行了实现。测试结果表明,该配置器运行稳定,简单易用,方便了应用程序的开发。最后,给出了一个车窗升降机控制程序应用示例。该程序基于trampoline的OS和COM,使用本文设计的OIL配置器进行配置,生成了所需的OIL配置文件。根据该配置文件所提供的程序框架,本文对车窗升降机控制程序的各功能模块进行了实现。测试结果显示该控制程序运行正常,表明本文设计的OIL配置器能很方便地将用户的配置转化成应用程序的OIL描述文件,并且具有操作简单、实用性强的特点,对于OSEK应用程序的开发具有广阔的应用前景。

关键词： OSEK OIL 配置器 trampoline XML

Java虚拟机的研究以及在数字电视中间件上的应用

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Java虚拟机的研究以及在数字电视中间件上的应用

作者：闫伟西北工业大学

学位级别：硕士

Java编程语言是继C和C++之后的下一种流行的商业软件开发语言,已被广泛的应用于各种开发领域。Java的体系结构能帮助程序员适应不断发展的硬件环境,这归功于Java虚拟机提供的能力——安全性、平台无关性和网络移动性。正是基于这些优点,... 详细信息

Java编程语言是继C和C++之后的下一种流行的商业软件开发语言,已被广泛的应用于各种开发领域。Java的体系结构能帮助程序员适应不断发展的硬件环境,这归功于Java虚拟机提供的能力——安全性、平台无关性和网络移动性。正是基于这些优点,Java虚拟机在各种平台的开发中显得越来越重要。而如何获得一个性能稳定、功能完善的Java虚拟机,也是每个平台开发商追求的目标。本文就是在这样的背景下对基于源代码开放的Kaffe虚拟机进行深入的研究,并对部分模块提出了相应的改进设计。本文研究了Kaffe虚拟机的模块组织结构,以驱动模块为核心层层分析。接着深入分析了Kaffe虚拟机的即时编译器的实现原理,着重论述了它的trampoline实现机制和中间代码的应用,并根据Kaffe虚拟机的JIT特点提出了并发运行模型的改进方案。本文深入研究了Kaffe虚拟机内存管理机制的分离存储的空闲列表的实现原理。还对其基于三色模型的保守垃圾回收算法进行了论述,并提出了改进设计方案。最后通过研究数字电视中间件模型,设计并实现了将Kaffe移植到Qt/E图形库之上,并针对嵌入式平台的需要,对Kaffe进行适当的裁减。通过对Kaffe虚拟机的研究与改进,为Java虚拟机在嵌入式领域平台开发与移植提供了重要的参考价值。

关键词： Kaffe 即时编译器 trampoline 数字电视中间件