嵌入式培訓(xùn)交大arm ose簡(jiǎn)介

內(nèi)容提要一：OSE發(fā)展歷程及性能特點(diǎn)介紹二：OSE基本概念及架構(gòu)三：競(jìng)爭(zhēng)分析（OSEvs.pSOS及OSEvs.Vxworks)四：典型應(yīng)用介紹OSE發(fā)展歷程及性能特點(diǎn)介紹OSE的成長(zhǎng)及發(fā)展一：ENEA公司成立于1968年，總部位于瑞典斯得哥爾摩，與愛(ài)立信共同成長(zhǎng)。二：ENEA公司于1990年開(kāi)始推出新一代實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)OSE。（1981VRTX,1982pSOS,1985VxWorks）三：OSE于1998年通過(guò)IEC61508（SIL3)安全標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，同年通過(guò)DO-178B(levelA-D)安全認(rèn)證。四：公司員工超過(guò)800人，公司股票市值在過(guò)去1年半中漲幅超過(guò)300%，目前市值已超過(guò)50億美圓。五：2000年8月，OSE進(jìn)入中國(guó)，由旋極公司獨(dú)家負(fù)責(zé)技術(shù)推廣。極高的處理能力支持復(fù)雜的分布式系統(tǒng)強(qiáng)大的容錯(cuò)能力豐富的功能模塊廣泛的應(yīng)用嚴(yán)格的安全認(rèn)證強(qiáng)大的第三方支持OSE發(fā)展歷程及性能特點(diǎn)介紹OSE的顯著特點(diǎn)OSE發(fā)展歷程及性能特點(diǎn)介紹OSE豐富的功能模塊電信Ericsson,NokiaPhillips,Lucent,Alcatel數(shù)據(jù)傳輸Sagem,Philips,Sony汽車(chē)電子Mercedes,SAAB,Volvo消費(fèi)類(lèi)電子Sony,Sagem醫(yī)療Siemens,Medtronic,GEMedical,Gambro,PhillipsMedical工業(yè)Landis&Gyr,ABBAtlasCopco,FisherControls,FisherRosemount石油化工ICSTriplex,Triconex國(guó)防工業(yè)Racal,BritishAerospace,SAAB,LockheedMartin無(wú)線(xiàn)通信Ericsson,Nokia,Lucent,R&SOSE發(fā)展歷程及性能特點(diǎn)介紹OSE的客戶(hù)遍及全球OSE通過(guò)了一系列嚴(yán)格的安全認(rèn)證：ICE61508，SIL3

該認(rèn)證是一個(gè)安全性認(rèn)證，產(chǎn)品涉及工業(yè)控制、石油化工、航空產(chǎn)品及醫(yī)療鐵路等，OSE是唯一獲此認(rèn)證的商用RTOSDO-178B（LevelA-D）

是由FAA（USFederalAviationAdministration）制定的航空安全標(biāo)準(zhǔn)，主要針對(duì)航空系統(tǒng)和設(shè)備上使用的軟件EN60601-4

這是針對(duì)醫(yī)療設(shè)備中的可編程電子系統(tǒng)的認(rèn)證

OSE發(fā)展歷程及性能特點(diǎn)介紹OSE的安全性——全球最佳OSE分布式系統(tǒng)特點(diǎn)之一同時(shí)支持多CPU和DSPARMConsortiumFamily:

ARM4T:ARM720,ARM740,ARM920,andARM940

IntelStrongARMfamily:

StrongARM:SA110,SA1100andSA1110

ARM5T:IntelXScale

MIPSConsortiumfamily:

MIPS3000:IDTRC36100andToshibaTX3904.

Infineon

C166,E-Gold,TriCore

NEC

V850

Mitsubishi

M16C

LucentTechnologies:

StarPro2000

TexasInstruments:

TMS320C55x(09-01)

TMS320C64x

AnalogDevices

TigerSHARC(09-01)

LSILogic

ZSP400(09-01)

STMicroelectronics

ST100(09-01)

Motorola

MSC8101(8101pitchpack)

MSC8102

LucentTechnologies:

DSP16000

TexasInstruments:

TMS320C54x

TMS320C62x

TMS320C67x

Motorola68Kfamily:

68302,68331,68332,68340,68360

MotorolaPowerPCFamily:

5XX,6XX,7XX,7400,8XX,82XX, M-Core,Coldfire

IBMPowerPC

4XX：403,405

7XX：750,750CXAtmel

AVR

IP/ICMP/IGMPPPPEthernetSerialUDPTCPSocketsOSEHighEfficiencySingleCopySNMPARP/RARPftp|tftp|telnet|bootp|http|WAP|l2tp|DNS|DHCP|OSPF|RIP|SSL|NAT|NTP|SNTP|IPsec|Radius|IKE|IPv6|Etc...OSE分布式系統(tǒng)特點(diǎn)之二支持全方位網(wǎng)絡(luò)協(xié)議CPU#1CPU#3CPU#2OSEPROCESSMESSAGEOSEPROCESSOSE分布式系統(tǒng)特點(diǎn)之三先進(jìn)的消息傳遞機(jī)制支持MMU（MemoryManagerUnit）

支持CPU內(nèi)MMU管理、內(nèi)存映射管理。支持1級(jí)頁(yè)表和2級(jí)頁(yè)表。支持MPU（MemoryProtectionUnit）

動(dòng)態(tài)保護(hù)進(jìn)程和存儲(chǔ)空間，且可重配置

無(wú)共享內(nèi)存錯(cuò)誤OSE分布式系統(tǒng)特點(diǎn)之四支持MMU和MPUOSE是一個(gè)容錯(cuò)、冗余系統(tǒng)：1：鏈路錯(cuò)誤或板級(jí)錯(cuò)誤自動(dòng)檢測(cè)及系統(tǒng)自動(dòng)重配置2：自動(dòng)監(jiān)管進(jìn)程，在運(yùn)行中動(dòng)態(tài)地改換路由或綁定3：易于軟件升級(jí)——不論在開(kāi)發(fā)中還是在使用中4：支持硬件熱插拔(熱交換)OSE分布式系統(tǒng)特點(diǎn)之五支持軟件在線(xiàn)升級(jí)和熱插拔ApplicationApplicationConventionalRTOSOSEFunctionalityHighLevelApproachEaseofUseModularDesignSupervisedIPCTransparentIPCErrordetectionMemorymanagement進(jìn)程：Processes–functionswithacontext信號(hào)：Signals–InformationcarriersOSE基本概念進(jìn)程與信號(hào)一個(gè)進(jìn)程是一個(gè)函數(shù)每個(gè)進(jìn)程都有自己的堆棧使用“Signal”發(fā)送信息使用“Signal”獲得所需的信息進(jìn)程可以被內(nèi)核強(qiáng)占（中斷）一個(gè)進(jìn)程可以不依賴(lài)其他的進(jìn)程單獨(dú)執(zhí)行OS_PROCESS(poll){

inti,j;unionSIGNAL*sigp1,*sigp2;for(;;){ code}/*for(;;)*/}/*OS_PROCESS*/OSE基本概念進(jìn)程的基本概念WaitingReadyRunningReceiveAccesstotheCPUisgranted

Pre-empted,cannolongerrunSend,start(higherpriority)*Stop進(jìn)程的三種狀態(tài):Ready—就緒Running—執(zhí)行中Waiting—等待調(diào)度原則：強(qiáng)占（中斷）：操作系統(tǒng)可以在任何時(shí)候中斷先行進(jìn)程，甚至在系統(tǒng)調(diào)用中基于優(yōu)先級(jí)：具有最高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程總是先執(zhí)行（在沒(méi)有中斷產(chǎn)生及非等待狀態(tài)）OSE基本概念進(jìn)程的基本特性

Interruptprocesses 中斷response-timecriticaltask

Timerinterruptprocesses 定時(shí)器中斷highprioritycyclictask

Prioritisedprocesses 區(qū)分優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程longertaskthaninterruptprocesses,notdirectlytiedtosomeexternalevents

Backgroundprocesses 后臺(tái)進(jìn)程lowestlevelprocesses,usedtospendleftoverCPUtime

Phantomprocesses 影象進(jìn)程specialpurpose,usedmainlybyOSELNHasimagesofremoteprocessesOSE基本概念進(jìn)程的分類(lèi)TimerInterruptProcessesInterruptProcessesInterruptProcessesPrioritizedProcessesBackgroundProcessesHighestpriorityLowestpriorityInterruptProcessesInterruptProcesses031031Z031SystemTimerInterrupt對(duì)區(qū)分優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程而言，優(yōu)先級(jí)僅代表響應(yīng)進(jìn)程的時(shí)間先后對(duì)定時(shí)器進(jìn)程而言，優(yōu)先級(jí)反應(yīng)的是定時(shí)事件的重要程度對(duì)中斷進(jìn)程而言，優(yōu)先級(jí)對(duì)應(yīng)的是硬件中斷的優(yōu)先級(jí)對(duì)后臺(tái)進(jìn)程和影像進(jìn)城，優(yōu)先級(jí)別無(wú)影響OSE基本概念優(yōu)先級(jí)強(qiáng)占：Fullypre-emptive(allprocesses)系統(tǒng)可以在任何時(shí)刻中斷現(xiàn)行進(jìn)程周期性：Cyclic(timer-interruptprocesses)每隔一定的時(shí)間間隔周期性執(zhí)行基于優(yōu)先級(jí)排隊(duì)：Prioritybased(prioritisedprocesses)優(yōu)先級(jí)高的先執(zhí)行，優(yōu)先級(jí)低的后執(zhí)行循環(huán)：Round-Robin(prioritisedandbackground)同一優(yōu)先級(jí)按先來(lái)后到順序，在前一進(jìn)程時(shí)間片屆滿(mǎn)后執(zhí)行OSE基本概念調(diào)度方式CPU#1CPU#3CPU#2OSEPROCESSMESSAGEOSEPROCESSIPC提供以下函數(shù)實(shí)現(xiàn)消息傳遞：Alloc()Send()Receive()Free_buf()Hunt(),Attach()OSE基本概念消息傳遞機(jī)制（IPC）OSE使用基于消息模式的通信方式，為多機(jī)系統(tǒng)提供了快速、異步的通信手段，從根本上解決了多處理器之間通信的問(wèn)題OSEPROCESS”CLIENT”O(jiān)SEPROCESS”SWITCH”SIGNAL”CALL”NAME:CALLFROM:CLIENTTO:SWITCHOWNER:CLIENTDATA:PHONENO=11234SIGNAL的內(nèi)容：

Signal是兩個(gè)進(jìn)程之間通信的一種方式，其主要特點(diǎn)是：高性能無(wú)共享內(nèi)存由內(nèi)核進(jìn)行管理便于跟蹤和監(jiān)視包含發(fā)送者、接受者、所有者及數(shù)據(jù)等內(nèi)容OSE基本概念信號(hào)（Signals）P1P3P2STSST消息選擇及識(shí)別-接受方P3能夠選擇和識(shí)別接收的信號(hào)中哪些是自己所需要的-通常在接收到消息隊(duì)列時(shí)用到-接受方也可以等待指定的信號(hào)到來(lái)或檢查隊(duì)列中是否有該信號(hào)OSE基本概念信號(hào)（Signals）P1P4P2SSP4TP3STP3T信號(hào)傳送的路線(xiàn)——路由

-路由表可以和進(jìn)程相聯(lián)系-對(duì)每個(gè)發(fā)送給P2的信號(hào)，都將掃描其路由表，然后傳給正確的進(jìn)程-允許多重路由-內(nèi)核會(huì)防止死循環(huán)出現(xiàn)硬件中斷InterruptorTimerInterruptprocess軟件事件(信號(hào)或信號(hào)量)定時(shí)器中斷OSE基本概念中斷硬件延時(shí)解碼引入中斷HardwareSoftware中斷處理進(jìn)程用戶(hù)進(jìn)程硬件中斷OS或用戶(hù)代碼完成最長(zhǎng)臨界段處理OS執(zhí)行中斷服務(wù)程序OS上下文切換OSE基本概念中斷處理

OSE中，存儲(chǔ)器的基本類(lèi)型稱(chēng)為“pool”（內(nèi)存池）

pool是一片內(nèi)存區(qū)域，信號(hào)緩沖（buffer）、堆棧（stack）及系統(tǒng)內(nèi)核（kernel）可以分配在這個(gè)區(qū)域中每個(gè)pool可以使用一組大小規(guī)格（共8種size）用于內(nèi)存分配OSE基本概念內(nèi)存管理stacksignalsLOWHIGH用戶(hù)pool-stacksandsignals系統(tǒng)pool-stacks,signals,PCB(fromlowmem),UareaandsupervisorstacksSIZE1SIZE2SIZE3SIZE4SIZE5SIZE6SIZE7SIZE8OSE基本概念內(nèi)存管理傳統(tǒng)RTOSApplicationErrorcodeApplicationErrorcodeApplicationErrorcodeApplicationErrorcodeProcess1Process2ConventionalKernelApplicationApplicationProcess1Process2SYSTEMERRORHANDLERPROCESSERRORHANDLERBLOCKERRORHANDLEROSE3-LayerErrorHandlerOSEKernel如果內(nèi)核檢測(cè)到錯(cuò)誤，將轉(zhuǎn)入出錯(cuò)處理“errorhandler”,允許用戶(hù)集中處理。錯(cuò)誤處理分3層：系統(tǒng)(system)、塊(block)、進(jìn)程(progress)這種方式使代碼確認(rèn)非常容易，因?yàn)樗械腻e(cuò)誤都以相同的方法處理OSE基本概念錯(cuò)誤處理CPUCPUCPUPROCESSMESSAGE

CPROCESS

B

ALHLHLHLHOSE基本概念鏈接管理（LinkHandler）LH（LinkHandler）是分布式系統(tǒng)的核心，它連接系統(tǒng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)不同CPU進(jìn)程之間的透明通信LinkHandler的主要特點(diǎn)透明性：系統(tǒng)進(jìn)程之間，不管在任何位置，都可以象在同一處理器上的進(jìn)程之間傳遞消息一樣自動(dòng)監(jiān)管：系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源和目標(biāo)板監(jiān)管，利用這種機(jī)制來(lái)檢測(cè)資源是否存在，最典型的應(yīng)用就是“熱插拔”容錯(cuò)：LH對(duì)系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)無(wú)主從要求，也不需要共享內(nèi)存，這是容錯(cuò)性的基礎(chǔ)仿真分布式系統(tǒng)：LH不僅對(duì)目標(biāo)板，而且可以實(shí)現(xiàn)RealtimeKernel與SoftKernel的連接，完成仿真功能開(kāi)放的協(xié)議接口：協(xié)議?？梢允荰CP/IP，X.25或用戶(hù)定制協(xié)議，對(duì)節(jié)點(diǎn)的物理連接也無(wú)任何要求OSE基本概念LH——監(jiān)控分布式系統(tǒng)EthernetorSerialSerialOther硬件開(kāi)放的接口開(kāi)放的接口INETSerialOther設(shè)備驅(qū)動(dòng)LINKHANDLEROSE組件OSE基本概念LH——開(kāi)放接口、透明連接競(jìng)爭(zhēng)分析傳統(tǒng)RTOS的缺陷

先天不足-針對(duì)70年代的微指令結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這種指令結(jié)構(gòu)最初是為Digital公司的PDP-8/11機(jī)型和DataGeneral公司的Nova/Eclipse機(jī)型服務(wù)的，目前早已過(guò)時(shí)。-設(shè)計(jì)思想已落后

后天的改進(jìn)有限針對(duì)其固有缺陷，傳統(tǒng)RTOS也作了一些局部性的但非根本性的功能添加、完善：-內(nèi)核預(yù)搶先（KernelPre-emptibility）-優(yōu)先級(jí)繼承（PriorityInheritance）-更多的服務(wù)子例程(Moreservicecalls)-更復(fù)雜的調(diào)試方案(Moresophisticateddebugsolutions)因此傳統(tǒng)RTOS將宣傳賣(mài)點(diǎn)集中在調(diào)試解決方案/BSP/網(wǎng)絡(luò)及第三方集成上，而非RTOS自身！競(jìng)爭(zhēng)分析OSE的優(yōu)勢(shì)而OSE正是從RTOS自身的性能、功能及安全性出發(fā)，克服傳統(tǒng)RTOS的缺陷，給使用者一個(gè)優(yōu)秀的開(kāi)發(fā)平臺(tái)更高的性能更強(qiáng)的功能內(nèi)建安全性開(kāi)發(fā)平臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)分析OSE與pSOS的比較pSOS+共5頁(yè)OSE僅1頁(yè)一個(gè)“Ping-pong”例子程序代碼的比較pSOS+OSE競(jìng)爭(zhēng)分析OSE與pSOS性能的比較資料來(lái)源:NewOSEcustomerProductEvaluation，F(xiàn)ebruary1998測(cè)試條件：Processor:PowerPC860，Clock:40MHzOSE執(zhí)行2級(jí)錯(cuò)誤檢測(cè)(最高級(jí)):

x=1001,00010,00020,000 40ms296ms2.856s5.704sOSE執(zhí)行0級(jí)錯(cuò)誤檢測(cè):

x=1001,00010,00020,000 20ms208ms2.04s4.07s注：OSE中，信息量的大小沒(méi)有影響。PSOS+發(fā)送10byte信息:

x=1001,00010,00020,000 100ms430ms3.75s7.49spSOS+發(fā)送100byte信息:

x=1001,00010,00020,000 110ms480ms4.15s8.24spSOS+發(fā)送1,000byte信息:

x=1001,00010,00020,000 130ms870ms8.01s15.96sOSE3.0pSOS+5.3.1OSE的性能指標(biāo)最高時(shí)是pSOS+的6倍(平均為2-4倍)競(jìng)爭(zhēng)分析OSE與VxWorks性能的比較資料來(lái)源:WindRiverpublishedbenchmarkdatasheet

EneaDataMiscellaneousTechnicalDataEneaDatalatencytestsonPPC60366MHzboard測(cè)試條件:Processor:PowerPC603,

Clock:66MHz

中斷總響應(yīng)時(shí)間(快54%--4倍)6.7us(最壞時(shí))，2.7us(最好時(shí))

10.3us

內(nèi)存分配(快4倍以上)3.8us(確定)

16.9us(不確定)

內(nèi)存釋放(快約11倍)2.7us(確定)

29.3us(不確定)

上下文切換時(shí)間(快62%)2.4us

3.9usOSE3.0VxWorks5.2競(jìng)爭(zhēng)分析OSE與VxWorks性能的比較資料來(lái)源:WindRiverpublishedbenchmarkdatasheet

EneaDataMiscellaneousTechnicalDataEneaDatalatencytestsonPPC60366MHzboard測(cè)試條件:Processor:PowerPC603,

Clock:66MHzOSE3.0VxWorks5.2

獲取/釋放計(jì)數(shù)信號(hào)量(快約4倍)

3.3us

12.9us

掛起/恢復(fù)進(jìn)程(快5倍以上)