autosar4核架构 autosar 多核

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恋上一只猪 2024-02-04 01:19:48

文章标签 autosar4核架构 autosar 实时操作系统自旋锁优先级 文章分类 架构后端开发

AUTOSAR是从4.0版本开始支持多核OS的。随着汽车电子对软件可靠性和实时性要求的不断提高，多核OS应运而生。

1.OS Application

AUTOSAR多核OS采用软件分区机制，每个核中至少分配一个OS Application。每个OS Application都有任务、中断服务、计数器、报警、调度表等对象。OS Application需要定义访问权限：Trusted和Non-Trusted。Trusted OS Application包含的对象，对大部分内存拥有读写的权限，包括所有的FLASH、LMU（Local Memory Unit）、CSA（Context Save Areas）以及外设单元等。Non-Trusted OS Application内包含的对象只有读写少部分内存的权限：当前活跃的栈、当前OS Application的数据以及LMU中的共享数据。

2. 软件分区机制

AUTOSAR OS采用软件分区机制来实现简单的内存保护功能。其原理是在内存空间中划分不同的内存区间，各个分区的软件代码执行互不干扰，防止一个分区中发生的故障影响到同一个ECU的其他分区。一般来讲，每一个OS Application对应一个分区，每个分区会规定对应的OS Application所能访问的内存地址范围。

3. 任务调度

AUTOSAR多核OS根据任务或中断的优先级来决定调度顺序。同一内核中，优先级越高的任务或中断优先调度；优先级相同时，根据激活顺序决定调度顺序。不同内核中的任务调度顺序是独立的，其优先级不会相互影响。

有一点需要注意，由于汽车电子对可靠性的需求，AUTOSAR OS中的任务、资源、服务均是静态配置的，不可以动态创建。

此外，AUTOSAR多核OS任务调度模式有全调度和拒绝调度两种模式。全调度模式下，任务会被更高优先级的任务或中断抢占；拒绝调度模式下，任务不会被其他任何任务或中断抢占。

为了满足其实时性要求，一般建议重要任务分配更高的优先级；重要程度类似的任务，周期越短，分配的优先级应越高。

4. 计数器、报警器与调度表

一般情况下，AUTOSAR OS的任务调度是通过报警器或者调度表实现的，报警器和调度表由对应的计数器触发，映射到硬件上就是Timer。不同的内核需要配置不同的Counter以及对应的Timer。内核和Timer的映射关系，一般在供应商发布的软件包OS模块相关的Technology Reference文档中会说明，如果对应关系搞错了，OS跑起来是会出现异常的。

5. 自旋锁和共享资源

AUTOSAR多核OS为实现核间资源互斥，保证数据一致性，设计了自旋锁机制。该机制适用于核间资源互斥。

当某个任务或者二类中断需要使用自旋锁，而该锁又被其他内核的任务或二类中断占用时，该任务或者二类中断就会死等，占用CPU资源，直到获取自旋锁。所以时间较长的任务不建议使用自旋锁，以防止造成其他内核资源浪费。

同时，AUTOSAR OS为了避免同一个内核上自旋锁造成的死锁，在任何任务或者中断占用自旋锁时，OS会自动挂起所有的中断，不会被同一内核上的任务或者中断抢占。但是，如果核间任务嵌套请求占用自旋锁，就有可能导致任务的相互锁死。比如，核0上的某任务请求先占用自旋锁A，再占用自旋锁B；而核1上的另一个任务请求先占用自旋锁B，再占用自旋锁A。如果这两个任务开始运行的时间间隔很近，就有可能造成任务的互相锁死，即自旋锁的回环嵌套调用导致的死锁。所以在系统设计时，禁止回环嵌套使用自旋锁。如果实在需要嵌套使用自旋锁，那么需要严格按照顺序请求。比如核0上的某任务请求先占用自旋锁A，再占用自旋锁B；核1上的另一个任务也先请求占用自旋锁A，再占用自旋锁B，这样顺序地访问自旋锁就不会造成死锁。

核内资源互斥一般使用Shared Resource机制。共享资源采用优先级天花板模式，防止优先级翻转问题。