CN108491268B - 一种面向智能网联汽车的混核操作系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种面向智能网联汽车的混核操作系统，包括实时平台、交互平台和计算平台，其中实时平台采用MPU作为硬件基础，交互平台采用ARM与多媒体协处理器结合的解决方案，而计算平台则使用搭载有GPU的ARM。利用本发明通过融合多种硬件平台与操作系统的混核操作系统架构，可以支持运行多种实时性与计算性要求的任务，还可以支持负载均衡和类型动态迁移。

Description

一种面向智能网联汽车的混核操作系统
技术领域
本发明属于嵌入式操作系统技术领域，具体涉及一种面向智能网联汽车的混核操作系统。
背景技术
智能网联汽车(Intelligent And Connected Vehicle，ICV)是指搭载着先进的车载传感器，并充分融合了先进的通信技术，实现了车与车、路、人、云等数据交换，并具备复杂环境下的感知、智能计算、协同运作等功能，可实现高效、安全、舒适行驶的新一代汽车。
智能网联汽车上的智能计算任务与传统汽车相比具有更高的计算能力需求，但与车辆控制相关的任务又有很高的实时性要求，并且随着车载信息系统的发展，越来越多的人机交互任务也被加入到车载系统中，而各种任务之间具有强偶尔性，传统汽车电子所使用的车载计算体系结构并不能同时满足上述各个任务的要求，
发明内容
鉴于上述，本发明提供了一种面向智能网联汽车的混核操作系统，称之为SAOS(Smart Auto OS)，可以支持运行多种实时性与计算性要求的任务，还可以支持负载均衡和类型动态迁移。
一种面向智能网联汽车的混核操作系统，包括实时平台、交互平台和计算平台，分别负责处理实时性任务、交互性任务以及计算性任务；其中，实时平台采用MPU(MicroProcessor Uint)作为硬件基础并搭载有Smart OSEK作为核心操作系统，交互平台采用ARM结合多媒体协处理器作为硬件基础并搭载普通的Linux作为核心操作系统，计算平台则采用搭载有GPU(Graphics Processing Unit)的ARM作为硬件基础并使用针对高性能计算优化过的Linux作为核心操作系统。
进一步地，所述混核操作系统还包含有一套开发工具SAOS Studio，任务由SAOSStudio进行开发且在创建时会被指定一个初始类型，当任务被部署到系统上时会根据各类平台当前的负载情况进行任务类型的转变，从而达到各类平台间的负载均衡。SAOS Studio支持任务开发、部署、静态负载均衡、任务类型转移、仿真测试、系统调式等功能。
进一步地，当部署某个类型的任务时，SAOS Studio根据当前对应类型平台的负载情况进行静态负载均衡，智能选择平台节点进行部署。
进一步地，所述实时平台、交互平台和计算平台的核心操作系统上均加载有管理组件，称之为SAOS-EM(SAOS Execution Management)，其用于管理任务生命周期，对开发工具SAOS Studio提供调试支持，监控平台的运行情况。
进一步地，所述实时平台、交互平台和计算平台上运行有多种服务，这些服务被抽象成一个统一的中间层，为任务屏蔽底层的异构细节并提供通用的系统功能，包括文件管理、全局任务管理、任务间通信、平台监控、日志管理、自定义服务管理，各个服务根据其性能要求特点与功能特点被部署运行在不同类型的平台节点上。
基于上述技术方案，利用本发明混核操作系统架构，可以支持运行多种实时性与计算性要求的任务，还可以支持负载均衡和类型动态迁移。
附图说明
图1为本发明SAOS系统的层次结构示意图。
图2为应用本发明SAOS系统的智能车辆硬件拓扑结构示意图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
为了从硬件上满足不同类型任务的业务特点，本发明提供了一种通过融合多种硬件平台与操作系统的面向智能网联汽车的混核操作系统，称为SAOS，其底层由实时平台、交互平台和计算平台组成；其中，实时平台采用MPU作为平台，人机交互平台采用ARM与多媒体协处理器结合的解决方案，而高性能计算平台则使用搭载有GPU的ARM平台，但是在具体实现时也可以采用其他合理的硬件平台作为基础。
为了针对不同任务采用不同的调度策略以及运行环境，实时平台将采用SmartOSEK操作系统作为底层核心系统，交互性平台则配备普通的Linux作为核心系统，而高性能计算平台则使用针对高性能计算优化过的Linux作为核心系统。在每个平台的核心系统上都有对应的管理程序，称为SAOS-EM，主要功能包括：(1)管理任务生命周期；(2)对SAOSStudio提供调试支持；(3)监控平台的运行情况。
各平台之上运行多种服务，SAOS在各个平台之上为任务抽象出一个统一的中间层，为任务屏蔽了底层的异构细节，并提供了通用的系统功能，包括：
1.文件系统
2.全局任务管理
3.任务间通信
4.平台监控
5.日志
6.自定义服务管理
中间层以服务进程的方式实现，各个服务根据其性能要求特点与功能特点被运行着不同类型的节点之上。
SAOS的层次结构如图1所示，任务被分类成实时性任务、交互性任务和高性能计算性任务三种，分别被部署到不同的平台上，任务由SAOS对应的开发工具SAOS Studio进行开发，其支持任务开发，部署，静态负载均衡，任务类型转移，仿真测试，系统调式等功能。任务在创建时会被指定初始类型，但是任务在部署到系统上时，会根据各类平台当前的负载情况进行任务类型的转变，从而达到各类平台间的负载均衡；当部署某个类型的任务时，SAOSStudio还会根据同种类型平台间的负载情况智能选择节点部署。
以下实施案例将设计实现基于SAOS系统的智能循迹车，车辆采用浙江大学ESE工程中心研发的智能电动车，硬件上采用NVIDIAJetson TK1作为高性能计算平台，采用CubieTruck作为人机交互平台，采用Tiny6410作为实时控制平台，并配备罗技C170摄像头以及UTM-30LX-2D单线激光雷达，并连接车载显示器与车控VCU，其硬件拓扑如图2所示。
该实验由多个SAOS任务组成，包括：
(1)road_regc
该任务属于高性能计算任务，将被开发工具部署到NVIDIA Jetson TK1平台，该任务主要负责道路识别，处理后的数据通过任务间通信发送给strategy和user_monitor。
(2)radar_regc
该任务属于高性能计算任务，将被开发工具部署到NVIDIA Jetson TK1平台，主要负责雷达数据处理，处理后的数据通过任务间通信发送给strategy和user_monitor。
(3)strategy
该任务属于高性能计算任务，将被开发工具部署到NVIDIA Jetson TK1平台，主要负责行车决策，数据从road_regc和radar_regc通过任务间通信获得。
(4)user_monitor
该任务属于人机交互任务，将被开发工具部署到CubieTruck平台，主要负责道路信息和雷达信息可视化以及提供算法调试界面。
(5)car_contorl
该任务属于实时控制任务，将被开发工具部署到Tiny6410平台，主要负责向车载VCU发送车控信息，其数据来源于strategy的计算结果。
上述对实施步骤的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种面向智能网联汽车的混核操作系统，其特征在于：包括实时平台、交互平台和计算平台，分别负责处理实时性任务、交互性任务以及计算性任务；其中，实时平台采用微处理器作为硬件基础并搭载有Smart OSEK作为核心操作系统，交互平台采用ARM结合多媒体协处理器作为硬件基础并搭载普通的Linux作为核心操作系统，计算平台则采用搭载有GPU的ARM作为硬件基础并使用针对高性能计算优化过的Linux作为核心操作系统；
所述混核操作系统还包含有一套开发工具SAOS Studio，任务由SAOS Studio进行开发且在创建时会被指定一个初始类型，当任务被部署到系统上时会根据各类平台当前的负载情况进行任务类型的转变，从而达到各类平台间的负载均衡；当部署某个类型的任务时，SAOS Studio根据当前对应类型平台的负载情况进行静态负载均衡，智能选择平台节点进行部署。
2.根据权利要求1所述的混核操作系统，其特征在于：所述实时平台、交互平台和计算平台的核心操作系统上均加载有管理组件，称之为SAOS-EM，其用于管理任务生命周期，对开发工具SAOS Studio提供调试支持，监控平台的运行情况。
3.根据权利要求1所述的混核操作系统，其特征在于：所述实时平台、交互平台和计算平台上运行有多种服务，这些服务被抽象成一个统一的中间层，为任务屏蔽底层的异构细节并提供通用的系统功能，包括文件管理、全局任务管理、任务间通信、平台监控、日志管理、自定义服务管理，各个服务根据其性能要求特点与功能特点被部署运行在不同类型的平台节点上。
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