基于OSEK／VDX標準的Trampoline操作系統(tǒng)研究

2．3 中斷管理
在OSEK操作系統(tǒng)中，ISR(Interrupt Service Routine)分成了兩類，即ISRl和ISR2。ISRl不使用操作系統(tǒng)服務，也不能調(diào)用其他的用戶定義函數(shù)。該類中斷服務例程執(zhí)行完了以后直接執(zhí)行中斷發(fā)生位置后的下一條指令，因此ISRl對任務管理沒有影響，運行時消耗的資源也比較少。ISR2是可以調(diào)用其他用戶定義的函數(shù)或使用部分OSEK服務的中斷例程，OSEK操作系統(tǒng)專門為它準備了一個堆棧Frame，用作調(diào)用其他函數(shù)的執(zhí)行環(huán)境。在系統(tǒng)生成階段，由用戶指定ISR2要調(diào)用的用戶定義函數(shù)或系統(tǒng)調(diào)用。ISR2能夠和任務之間共享資源，而這可能會造成死鎖：當ISR2啟動后試圖獲得一個已經(jīng)被一個任務占用的資源時，該任務也在等待中斷完成，因此ISR2和任務之間共享資源時需要使用同步機制。OSEK操作系統(tǒng)提供了用于資源訪問的GetResource和ReleaseResouree系統(tǒng)調(diào)用，任務和ISR2之間可以使用它們來共享資源，但是這種方法需要關閉訪問資源的中斷，可能使中斷長時間關閉，降低了操作系統(tǒng)的實時響應能力。另一種任務和ISR2之間共享資源的方法是OSEK標準所建議的方法，也就是使用OSEK PCP協(xié)議。使用這種方法時，當一個任務要獲取同ISR2共享的資源時，會把它的優(yōu)先級提升到比ISR2更高的優(yōu)先級，當任務執(zhí)行完成之后，再把優(yōu)先級恢復到原來的優(yōu)先級。這時ISR2更像任務，但是比普通任務有更高的優(yōu)先級。
Trampoline實現(xiàn)了一種延遲的ISRl和ISR2，從而使操作系統(tǒng)內(nèi)核更小。任務和ISR的描述符都繼承自一個tpl_exec_common結構，如圖2所示。任務描述符在tpl_exec_common結構里增加了事件管理的數(shù)據(jù)成員，也就是evl_set和evt_wait數(shù)據(jù)成員；而ISR描述符在tpl_exec_common結構里增加了一個指向附加數(shù)據(jù)的指針，也就是static_isr_desc數(shù)據(jù)成員，static_isr_desc指向的內(nèi)容可以放到ROM中，以減少RAM的使用。一個ISR對應著一個中斷向量。當一個中斷觸發(fā)時，Trampoline激活對應的ISR中斷服務例程并且返回。如果是ISRl，執(zhí)行完了以后將執(zhí)行觸發(fā)中斷位置后面的代碼；如果是ISR2，ISR2將運行預先定義的用戶定義函數(shù)或者系統(tǒng)服務，然后像普通任務一樣由調(diào)度器根據(jù)任務級的調(diào)度策略來調(diào)度執(zhí)行。
另外，Trampoline為ISR增加了一個抽象層。這樣，一方面幾個硬件中斷可以共享相同的中斷向量偏移，另一方面對應到一個中斷向量偏移的，有一個ISR的集合，而不是一個ISR。當一個硬件中斷觸發(fā)時，為了找到一個與該硬件中斷匹配的ISR，每組共享中斷偏移的ISR都必須提供一個函數(shù)來測試它對應的設備中斷標志是否為真。如果函數(shù)返回TRUE，該ISR將被激活。Trampoline設計了一種GIH(General Interrupt Handler)函數(shù)來完成這種測試工作。
而這樣做有兩個問題。第一，由于ISR2的后期執(zhí)行是在任務態(tài)運行，這時如果有一個硬件中斷觸發(fā)，就會由GIH來確定一個ISR來執(zhí)行，從而打斷了原來的ISR2。即使后來觸發(fā)的ISR的優(yōu)先級比原來ISR2的優(yōu)先級低，這種情況也能發(fā)生。這就造成了一個低優(yōu)先級的硬件中斷搶占了高優(yōu)先級的中斷，而這種情況是不應該發(fā)生的，因此是一個很大的問題。第二，根據(jù)OSEK操作系統(tǒng)標準，當ISR運行時，不能進行重新調(diào)度。在Trampoline中，ISR2作為高優(yōu)先級的普通任務進行調(diào)度，當一個高優(yōu)先級ISR2到來時，任務調(diào)度器會重新調(diào)度一次，從而打斷了原來的ISR2的執(zhí)行。另外，在OSEK操作系統(tǒng)標準中，重新調(diào)度是在任務之間的重新調(diào)度；而在Trampoline中，只要有一個ISR2在運行，重新調(diào)度只能在有比普通任務更高優(yōu)先級的ISR2之間進行。當最后運行的ISR2結束時，CPU的重新調(diào)度才給了有最高優(yōu)先級的任務，因此，Trampoline的中斷管理部分的實現(xiàn)還有待改進。

3 在Linor／x86上開發(fā)TramooIine應用程序
Trampoline目前可以在四種目標平臺上使用：帶有Keil編譯器的Infineon C167、Darwin／PowerPC、FreesealeS12x和POSIX系列操作系統(tǒng)平臺。前三種平臺的硬件不常見，如果沒有就不能運行；而POSIX系列的Linux／x86平臺則很容易得到。下面以Linux／x86平臺為例，說明開發(fā)一個Trampoline應用程序的步驟和方法：
①生成應用程序的OIL配置文件。OSEK／VDX 0S是一個靜態(tài)操作系統(tǒng)，系統(tǒng)對象需要在系統(tǒng)生成時定義。OIL是書寫這種定義的標準語言。它可以定義所有的應用程序使用的各種對象(任務、中斷、警報、計數(shù)器、資源、事件等)。OIL配置文件可以手工編寫，也可以使用圖形化開發(fā)配置工具來生成。目前Trampoline沒有圖形化配置工具，只能手工編寫OIL配置文件。
②使用OIL文件解析器GOIL將應用程序的OIL文件轉化為一個．c文件和．h文件，其主要功能是進行與應用程序相關的各種系統(tǒng)對象參數(shù)的定義、初始化等工作。
③使用GCC工具鏈將②生成的文件和Trampoline操作系統(tǒng)內(nèi)核文件及l(fā)ibpcl庫文件、VIPER虛擬處理器文件等進行編譯和鏈接，生成一個Linux平臺的可執(zhí)行文件，也就是最終的應用程序可執(zhí)行文件。