CN112214309A - 实现车载物联网嵌入式操作系统内核的方法及介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种实现车载物联网嵌入式操作系统内核的方法及介质的技术方案，包括：内核管理，包括对任务、资源、事件、计数器、报警器和中断服务程序进行调度管理；硬件管理，包括对系统的启动、任务的上下文切换、中断和时钟的管理；配置管理，包括对系统内核的配置及对象的创建进行管理。本发明的有益效果为：实现车载操作系统内核的，提高了微处理器用于车载系统的安全性。

Description

实现车载物联网嵌入式操作系统内核的方法及介质
技术领域
本发明涉及计算机领域，具体涉及了一种实现车载物联网嵌入式操作系统内 核的方法及介质。
背景技术
汽车电子化已成为现代汽车发展的重要标志之一。随着混合动力汽车技术 的不断发展，汽车中使用的微处理器也越来越多。从发动机、变速箱的控制到防 抱死、悬挂控制，直至巡航、通讯、在线诊断等，使控制软件的开发日益复杂。 数量众多且结构各异的微处理器体系结构和车用安全性能的严格要求给软件设 计带来了很多新的问题：汽车中软件含量增加、在操作系统和网络方面的重复开 发、软件工程师的工作效率不能满足高质量产品的要求等等。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供了一种实 现车载物联网嵌入式操作系统内核的方法及介质，实现车载操作系统的安全性。
本发明的技术方案包括一种实现车载物联网嵌入式操作系统内核的方法， 其特征在于：内核管理，包括对任务、资源、事件、计数器、报警器和中断服务 程序进行调度管理；硬件管理，包括对系统的启动、任务的上下文切换、中断和 时钟的管理；配置管理，包括对系统内核的配置及对象的创建进行管理。
根据所述的实现车载物联网嵌入式操作系统内核的方法，其中任务的调度 管理包括：为每个任务创建对应的任务控制块，通过所述任务控制块对任务处于 生命周期时的类型、状态、资源配置、事件及指针进行对应管理；以及，任务的 处理器使用权被剥夺时，通过所述任务控制块来保存任务的状态，当任务重新获 得处理器使用权时，通过所述任务控制块对任务进行断点恢复；其中所述任务控 制块设置于内存中。
根据所述的实现车载物联网嵌入式操作系统内核的方法，其中任务的调度 管理还包括对任务进行激活、终止及调度；其中任务的激活包括根据任务标识、 挂起状态、等待状态、准备状态、运行状态及任务类型，进行适应性激活；其中 任务的终止包括根据任务的是否占用资源、中断状态、挂起状态、任务执行次数、 任务激活次数对任务进行中断或优先级调整；其中任务的调度包括是否处于中断 状态及占用资源，对任务进行优先级调整。
根据所述的实现车载物联网嵌入式操作系统内核的方法，其中任务的资源 管理包括：通过内部资源控制块创建优先级任务就绪队列，其中任务通过双链表 进行连接；根据所述系统配置中用户配置资源的属性，将资源的优先级配置为高 于所有要使用该资源的任务的优先级。
根据所述的实现车载物联网嵌入式操作系统内核的方法，其中任务的资源 管理还包括资源的获取和资源的释放；其中资源的获取包括根据资源标识、资源 所属任务控制块、任务优先级对对应的资源进行调整；其中资源的释放包括根据 资源是否被占用、资源当前所属任务控制块、任务优先级进行释放。
根据所述的实现车载物联网嵌入式操作系统内核的方法，其中资源控制块 包括：用于检查错误，包括对未拥有此资源的资源控制块试图获取该资源；用于 当一个任务获取该资源后，将屏蔽其他所有资源控制块；当一个资源控制块获取 该资源后，将屏蔽其他所有的资源控制块。
根据所述的实现车载物联网嵌入式操作系统内核的方法，其中计数器及所 述报警器配置为：每个所述报警器被静态指定对应的一个计数器和一个任务。
根据所述的实现车载物联网嵌入式操作系统内核的方法，其中该方法包括： 所述报警器根据报警器标识、报警器增量值及刷新频率进行报警设置；所述计数 器用于根据自身参数对所关联的报警器进行管理。
根据所述的实现车载物联网嵌入式操作系统内核的方法，其中还包括对事 件的等待及事件的设置进行管理，其中事件的等待包括根据事件掩码，获取事件 的中断状态、任务类型、是否占用外部资源、掩码是否被设置，进而进行事件的 等待设置；其中事件的设置包括根据事件标识、事件类型、是否挂起状态、是否 等待状态，进行事件的优先级调整。
本发明的技术方案还包括一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储 介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现任一 所述的方法步骤。
本发明的有益效果为：实现车载操作系统内核的，提高了微处理器用于车 载系统的安全性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；
图1所示为根据本发明实施方式的框图。
图2所示为根据本发明实施方式的操作系统的任务就绪队列。
图3所示为根据本发明实施方式的任务控制块示意图。
图4所示为根据本发明实施方式的内部资源控制块示意图。
图5所示为根据本发明实施方式的标准外部资源控制块示意图。
图6所示为根据本发明实施方式的计数器和报警器关系图。
图7所示为根据本发明实施方式的计数器控制块示意图。
图8所示为根据本发明实施方式的报警器控制块示意图。
图9所示为根据本发明实施方式的中断管理控制块。
图10所示为根据本发明实施方式的激活任务的程序流程图。
图11所示为根据本发明实施方式的终止任务的程序流程图。
图12所示为根据本发明实施方式的调度函数的程序流程图。
图13所示为根据本发明实施方式的获取资源的程序流程图。
图14所示为根据本发明实施方式的释放资源的程序流程图。
图15所示为根据本发明实施方式的等待事件的程序流程图。
图16所示为根据本发明实施方式的设置事件的程序流程图。
图17所示为根据本发明实施方式的设置报警的程序流程图。
图18所示为根据本发明实施方式的增值计数器的程序流程图。
图19所示为根据本发明实施方式的介质装置图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示 出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象 地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范 围的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上， 大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。
在本发明的描述中，对方法步骤的连续标号是为了方便审查和理解，结合本 发明的整体技术方案以及各个步骤之间的逻辑关系，调整步骤之间的实施顺序并 不会影响本发明技术方案所达到的技术效果。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置等词语应做广义理解，所属技 术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的 具体含义。
图1所示为根据本发明实施方式的框图。
操作系统内核，用于执行内核管理，和硬件无关的部分，是操作系统的核 心，为用户提供操作系统的各种服务。主要负责任务、资源、事件、计数器、报 警和中断服务程序的管理。
硬件抽象层，用于硬件管理，为硬件相关的部分，是操作系统内核在具体 硬件平台上运行的基础。主要包括系统的启动、任务的上下文切换、中断和时钟 的底层处理。
OIL配置信息，用于操作系统的配置，包括系统配置和对象创建。
图2所示为根据本发明实施方式的操作系统的任务就绪队列。根据ECC2 符合类，每个优先级可以有多个任务，将任务用双链表连接起来，形成如图2 的任务就绪队列。
图3所示为根据本发明实施方式的任务控制块示意图。操作系统的每个任 务都有一个任务控制块(TCB)。当任务的处理器使用权被剥夺时，操作系统用 它来保存任务的状态，当重新获得处理器的使用权时，任务控制块能确保任务从 被中断点恢复运行，TCB需要全部驻留在内存中。
图4所示为根据本发明实施方式的内部资源控制块示意图。内部资源控制 块(IRCB)，由于内部资源对操作系统用户来说不可见，而且内部资源与任务 管理紧密结合，因此将内部资源划分到任务管理中。内部资源只在三种情况下释 放：当前任务终止、显式启动调度函数和调用等待事件系统调用并进入等待状态。
图5所示为根据本发明实施方式的标准外部资源控制块示意图。
标准外部资源控制块(SRCB)，资源的管理需遵循天花板优先级协议， 在系统生成时，操作系统用户配置资源的属性，必须保证资源的优先级高于所有 要使用该资源的任务的优先级。资源控制块的设计如图5所示。
其中isrOwnerNR的功能有：
(1)用于检查错误，避免未拥有此资源的ISR试图获取该资源。
(2)当一个Task获取该资源后，将屏蔽其中所有ISR。
(3)当一个ISR获取该资源后，将屏蔽其中所有其他的ISR。
图6所示为根据本发明实施方式的计数器和报警器关系图。操作系统用报 警来处理定时事件，每个报警被静态指定一个计数器和一个任务，其关系如图6 所示，其实现方式参考图7及图8，图8中的alarmAction的结构体类型如下所 示：
Figure BDA0002671777570000051
Figure BDA0002671777570000061
actionType表示报警器的动作类型，它的值有以下三种，不同的取值会使category具有不同的功能：
激活任务：ALARM_ACTIVATETASK
当actionType为ALARM_SETEVENT时，taskAndEvent包含相应的taskId 和event。
设置事件：ALARM_SETEVENT
当actionType为ALARM_ACTIVATETASK时，taskId为将被激活的任务。
调用回调函数：ALARM_CALLBACK
当actionType为ALARM_CALLBACK时，alarmCallback为将要被调用的 函数。。
图9所示为根据本发明实施方式的中断管理控制块。对1类中断和2类中 断，内核使用相同的数据结构来控制，具体实现参考图9所示。
图10所示为根据本发明实施方式的激活任务的程序流程图。其中任务的激 活包括根据任务标识、挂起状态、等待状态、准备状态、运行状态及任务类型， 进行适应性激活。
对于图10，输入：被激活任务的taskId；
返回：错误码；若发生任务切换，将不再返回。
图11所示为根据本发明实施方式的终止任务的程序流程图。任务的终止包 括根据任务的是否占用资源、中断状态、挂起状态、任务执行次数、任务激活次 数对任务进行中断或优先级调整
对于图11，输入：无
返回：错误码；若成功执行，将不再返回。
图12所示为根据本发明实施方式的调度函数的程序流程图。图11表示调 度函数Schedule的调度流程，其中任务的调度包括是否处于中断状态及占用资 源，对任务进行优先级调整。
输入：无
返回：错误码；若发生任务切换，将不再返回。
图13所示为根据本发明实施方式的获取资源的程序流程图。该图为获取资 源GetResource的流程，其中资源的获取包括根据资源标识、资源所属任务控 制块、任务优先级对对应的资源进行调整。
对于图13，其输入：想要获取的资源resourceId
返回：错误码。
图14所示为根据本发明实施方式的释放资源的程序流程图。
其为释放资源ResleaseResource函数的工作流程，其中资源的释放包括 根据资源是否被占用、资源当前所属任务控制块、任务优先级进行释放。
对于图14，其输入：想要释放的资源resourceId
返回：错误码；若发生任务切换，将不再返回。
图15所示为根据本发明实施方式的等待事件的程序流程图。
输入：将要等待的事件掩码mask
返回：错误码；如果mask中没有任何一个已经被设置，将不再返回。
图16所示为根据本发明实施方式的设置事件的程序流程图。该图为设置事 件SetEvent函数的流程图
输入：taskId事件所属的任务、Mask被设置的事件
返回：错误码；若发生任务切换，将不再返回。
图17所示为根据本发明实施方式的设置报警的程序流程图。
设置报警SetRelAlarm
输入：alarmId被设置的报警器指针
Increment 相对alarmId所属计数器当前值的增量
Cycle 报警器的周期值。为0时，alarmId为非周期报警
返回：错误码。
图18所示为根据本发明实施方式的增值计数器的程序流程图。
IncCounter(CounterType counterId)
输入：计数器counterId
返回：无。
图19所示为根据本发明实施方式的介质装置图。图19所示为根据本发明 实施方式的装置示意图。装置包括存储器100及处理器200，其中处理器200 存储有计算机程序，计算机程序用于执行内核管理，包括对任务、资源、事件、 计数器、报警器和中断服务程序进行调度管理；硬件管理，包括对系统的启动、 任务的上下文切换、中断和时钟的管理；配置管理，包括对系统内核的配置及对 象的创建进行管理。其中，存储器100用于存储数据。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施 例，在技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨 的前提下做出各种变化。

Claims (10)

1.一种实现车载物联网嵌入式操作系统内核的方法，其特征在于：
内核管理，包括对任务、资源、事件、计数器、报警器和中断服务程序进行调度管理；
硬件管理，包括对系统的启动、任务的上下文切换、中断和时钟的管理；
配置管理，包括对系统内核的配置及对象的创建进行管理。
2.根据权利要求1所述的实现车载物联网嵌入式操作系统内核的方法，其特征在于，所述任务的调度管理包括：
为每个任务创建对应的任务控制块，通过所述任务控制块对任务处于生命周期时的类型、状态、资源配置、事件及指针进行对应管理；
以及，任务的处理器使用权被剥夺时，通过所述任务控制块来保存任务的状态，当任务重新获得处理器使用权时，通过所述任务控制块对任务进行断点恢复；
其中所述任务控制块设置于内存中。
3.根据权利要求1所述的实现车载物联网嵌入式操作系统内核的方法，其特征在于，所述任务的调度管理还包括对任务进行激活、终止及调度；
其中任务的激活包括根据任务标识、挂起状态、等待状态、准备状态、运行状态及任务类型，进行适应性激活；
其中任务的终止包括根据任务的是否占用资源、中断状态、挂起状态、任务执行次数、任务激活次数对任务进行中断或优先级调整；
其中任务的调度包括是否处于中断状态及占用资源，对任务进行优先级调整。
4.根据权利要求1所述的实现车载物联网嵌入式操作系统内核的方法，其特征在于，所述任务的资源管理包括：
通过内部资源控制块创建优先级任务就绪队列，其中任务通过双链表进行连接；
根据所述系统配置中用户配置资源的属性，将资源的优先级配置为高于所有要使用该资源的任务的优先级。
5.根据权利要求4所述的实现车载物联网嵌入式操作系统内核的方法，其特征在于，所述任务的资源管理还包括资源的获取和资源的释放；
其中资源的获取包括根据资源标识、资源所属任务控制块、任务优先级对对应的资源进行调整；
其中资源的释放包括根据资源是否被占用、资源当前所属任务控制块、任务优先级进行释放。
6.根据权利要求1所述的实现车载物联网嵌入式操作系统内核的方法，其特征在于，所述资源控制块包括：
用于检查错误，包括对未拥有此资源的资源控制块试图获取该资源；
用于当一个任务获取该资源后，将屏蔽其他所有资源控制块；
当一个资源控制块获取该资源后，将屏蔽其他所有的资源控制块。
7.根据权利要求1所述的实现车载物联网嵌入式操作系统内核的方法，其特征在于，所述计数器及所述报警器配置为：每个所述报警器被静态指定对应的一个计数器和一个任务。
8.根据权利要求7所述的实现车载物联网嵌入式操作系统内核的方法，其特征在于，该方法包括：
所述报警器根据报警器标识、报警器增量值及刷新频率进行报警设置；
所述计数器用于根据自身参数对所关联的报警器进行管理。
9.根据权利要求1所述的实现车载物联网嵌入式操作系统内核的方法，其特征在于，该方法还包括对事件的等待及事件的设置进行管理，其中事件的等待包括根据事件掩码，获取事件的中断状态、任务类型、是否占用外部资源、掩码是否被设置，进而进行事件的等待设置；其中事件的设置包括根据事件标识、事件类型、是否挂起状态、是否等待状态，进行事件的优先级调整。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-9任一所述的方法步骤。
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