OSEK / OSEKtime Ausgewählte Kapitel eingebetteter Systeme · 2006. 7. 17. · Einführung OSEK-OS...

Einführung OSEK-OS OSEKtime-OS Zusammenfassung

OSEK / OSEKtimeAusgewählte Kapitel eingebetteter Systeme

Wilhelm [email protected]

Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-NürnbergInstitut für Informatik

Lehrstuhl 4

15. Juli 2006

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Überblick

1 EinführungOSEK-GremiumOSEK-Standards

2 OSEK-OS

3 OSEKtime-OS

4 Zusammenfassung

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OSEK-Gremium

OSEK-Gremium

OSEK = Offene Systeme und deren Schnittstellen für dieElektronik im Kraftfahrzeug1993 gegründetindustrielles StandardisierungsgremiumGründungsmitglieder:

BMW AGSiemens AGDaimler-Benz AG...

1994 Zusammenschluss mit VDX1-Initiative zu OSEK/VDX

1Vehicle Distributed Executive3 / 34


OSEK-Standards

OSEK-Standards

Geschaffene Standards:OSEK-OS: Event Triggered Realtime Operating SystemOSEKtime-OS: Time Driven Realtime Operating SystemOSEK-OIL: OSEK Implementation LanguageOSEK-ORTI: OSEK RunTime InterfaceOSEK-COM: COMmunicationOSEK-NM: OSEK Network Management

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Überblick

1 Einführung

2 OSEK-OSArchitekturTask-ManagementInterrupt-BehandlungEreignismechanismusBetriebsmittelverwaltungFehlerbehandlung

3 OSEKtime-OS

4 Zusammenfassung

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Architektur

Architektur

OSEK-OS:statisches, ereignisgesteuertes Betriebssystem

Betriebsmittel und Tasks müssen noch während derEntwicklung konfiguriert werden

4 Konformitätsklassen legen fest:welche Task-Typen verwendet werdenAnzahl der Aktivierungen eines TasksAnzahl Tasks pro Prioritätsebene

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Architektur

Interrupt-Ebene Kategorie 2Kategorie 1

Logische Ebene für Scheduling-Aktivitäten

Task-Ebene Einfache-Tasks

Komplexe-Tasks

Priorität

3 Prozesse:Prozess für die Interrupt-Behandlung (höchste Priorität)Prozess für den SchedulerProzess für die Abarbeitung der Tasks (niedrigste Priorität)

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Task-Management

Task-Management

OSEK unterscheidet zwischen zwei Task-Typen:Komplexe Tasks

erwarten die Zuteilung von Betriebsmittelndürfen auf Ereignise wartenkönnen blockieren⇒ mehrere Synchronisationspunkte

Einfache Taskslaufen durch ohne zu blockieren⇒ zwei Synchronisationspunkte

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Task-Management

Komplexe TasksEinfache-TasksKomplexe-Tasks

laufend

suspendiert

bereit

terminiere

aktiv

iere

verd

räng

e

star

te

laufend

suspendiert

bereit

terminiere

aktiv

iere

verd

räng

e

star

tewartend

warte

signalisieren

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Task-Management

Einfache TasksEinfache-TasksKomplexe-Tasks

laufend

suspendiert

bereit

terminiere

aktiv

iere

verd

räng

e

star

te

laufend

suspendiert

bereit

terminiere

aktiv

iere

verd

räng

e

star

tewartend

warte

signalisieren

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Task-Management

Scheduling:Task werden nach ihren Prioritäten eingeplantScheduling-Arten:

verdrängendes Schedulingnichtverdrängendes SchedulingMischbetrieb (Mischung aus verdrängendem undnichtverdrängendem Scheduling)

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Interrupt-Behandlung


Es existieren zwei Interrupt-Behandlungs (ISR) Kategorien :ISR der Kategorie 1

verwendet keine Systemfunktionenhat keinen Einfluss auf den unterbrochenen Task

ISR der Kategorie 2sind für die Behandlungsroutinen des Benutzers vorgeseheneingeschränkte nutzung von Systemfunktionen

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Hardware kümmert sich um die PrioritätenvergabeHardware ist auch für die Einplanung zuständigAktivierung und Deaktivierung der Interrupts möglichFehler führen zu einem undefinierten Verhalten

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Ereignismechanismus

Ereignismechanismus

Ereignise sind Objektedürfen nur von den komplexen Tasks verwendet werdensind Träger von binären Informationennur vom Besitzer zurücksetzbarBÖSE (erschwerte Antwortzeitanalyse)

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Betriebsmittelverwaltung


Koordinierung des Zugriffs konkurierender Tasks verschiedenerPrioritäten auf gemeinsame Betriebsmittelauch auf ISR erweiterbarstellt sicher, dass keine zwei Tasks zur selben Zeit die selbeRessource besitzen

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Wann ist dieser Mechanismus nützlich?bei verdrängbaren Tasksbei gemeinsamer Betriebsmittelnutzung zwischen Tasks undISRsbei gemeinsamer Betriebsmittelnutzung zwischen ISRs

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Probleme:blockierende Synchronisation

Deadlock(unkontrollierte) Prioritätsumkehr

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Beispiel für einen Deadlock

TASK 2

TASK 1

t1 t2 t3 t4 t5 t6 t

PRIORITÄT

Ressource 1 (R1) Ressource 2 (R2)

Zeit (t) TASK 1 TASK 2

1 wird aktiviert und gestartet2 belegt Ressource 1 (R1)3 wird verdrängt wird aktiviert und gestartet4 belegt Ressource 2 (R2)5 wird gestartet möchte R1, wird blockiert6 möchte R2, wird blockiert

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Beispiel für eine (unkontrollierte) Prioritäsumkehr

TASK 2

TASK 1

t

PRIORITÄT

TASK 3

t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10

Ressource

Zeit (t) TASK 1 TASK 2 TASK 3

1 wird aktiviert und gestartet2 belegt Ressource 1 (R1)3 wird verdrängt wird aktiviert und gestartet4 wird gestartet möchte R1, wird blockiert5 wird aktiviert und gestartet6 wird gestartet terminiert7 gibt R1 frei, wird verdrängt wird gestartet und belegt R18 gibt R1 frei9 wird gestartet terminiert10 terminiert

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Lösung: OSEK Priority-Ceiling-Protokoll

Vier Regeln sind einzuhalten:1 Prioritatsobergrenze (r) = max (T .Prioritat : T .belegt (r))∀T ∈ Tasks, ∀r ∈ Betriebsmittel

2 Ein Task darf ein Betriebsmittel nur belegen wenn seinePriorität ≤ der Prioritätsobergrenze des Betriebsmittels ist.

3 Die Priorität des Tasks wird auf die Prioritätsobergrenzeangehoben.

4 Freigabe der Betriebsmittel in der LIFO-Reihenfolge. Dabeiwird die Priorität des Tasks herabgesetzt.

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Beispiel für Priority-Ceiling-Protokoll

TASK 2

TASK 1

t1

t2 t3 t4 t5 t6

t

TASKS

TASK 3

t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11 t12

PRIORITÄTVON TASK 1

3

2

1

t1 t2 t6 t8 t10 t12 tRessource 1 (R1) Ressource 2 (R2)

Zeit (t) TASK 1 TASK 2 TASK 3

1 wird aktiviert und gestartet2 belegt R1, hat Priorität 23 wird verdrängt wird aktiviert und gestartet4 wird aktiviert5 startet wird terminiert6 belegt R2, bekommt Priorität 37 wird aktiviert8 gibt R2 frei, hat Priorität 2 startet9 startet terminiert10 gibt R1 frei, hat Priorität 1 wird gestartet11 terminiert12 terminiert

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Fehlerbehandlung

Fehlerbehandlung

verschiedene Hook-Routinen stehen zur Verfügungwerden in abhängigkeit vom Systemzustand ausgelöstHook-Routinen haben höhere Prioritäten als alle Tasks desSystemswerden nicht von ISR der Kategorie 2 unterbrocheneingeschränkte Systemfunktionnutzung

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Fehlerbehandlung

Einsatzarten:beim Systemstart (StartupHook)vor dem Herunterfahren des Systems (ShutdownHook)zum Debuggen und für Zeitmessungen (PreTaskHook,PostTaskHook)im Fehlerfall (ErrorHook)

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Überblick

1 Einführung

2 OSEK-OS

3 OSEKtime-OSArchitekturTask-ManagementInterrupt-BehandlungUhrensynchronisation

4 Zusammenfassung

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Architektur

Architektur

statisches, zeitgesteuertes Echtzeitsystemalle Parameter bekannt

AktivierungspunkteDeadlinesAusführungszeiten

Abarbeitung einer vorher berechneten Ablauftabelle

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Architektur

Nichtmaskierbare Interrupts

OSEKtime Dispatcher

Maskierbare Interrupts

Time-Triggered Tasks

Idle Task

OSEKInterruptbehandlung

OSEKScheduler

OSEKTasks

Priorität

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Task-Management

Task-Management

sequenzielle Ausführung nach einem statischen Ablaufplanlaufen durch ohne zu blockierenverdrängbares SchedulingTerminierung nur durch sich selbst

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Task-Management

laufend

suspendiert

verdrängt

terminiere

verd

räng

e

wie

der a

ufne

hmen

aktiviere

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Task-Management

Deadlines

Strenge-Task-Deadline-BeobachtungBeobachter wird direkt zum Zeitpunkt der Deadline aktiviert.Keine-Strenge-Task-Deadline-BeobachtungBeobachter wird an einer beliebigen Stelle, nach der Deadlineaber vor dem Rundenende, positioniert.

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jeder Interrupt hat sein Intervall, in dem dieser nur maximaleinmal behandelt wirdReaktivierungszeitpunkte werden in der Ablauftabelle definiertnichtmaskierbare Interrupts können zu unvorhersagbarenVerzögerungen führenkeine Möglichkeit Interrupts manuell zu deaktivieren

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IE1,1 IE2,1 IE1,2 IE2,2 IE1,3t

Interrupt 1

Interrupt 2

tn tn+1 tn+2 tn+3 tn+4 tn+5

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Uhrensynchronisation

Uhrensynchronisation

jede ECU besitzt eine lokale Zeitbei Existenz einer globalen Zeit, muss die Lokale mit derGlobalen synchronisiert werden3 Synchronisationsarten:

Synchroner StartAsynchroner Start - harte SynchronisationAsynchroner Start - weiche Synchronisation

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Überblick

1 Einführung

2 OSEK-OS

3 OSEKtime-OS

4 Zusammenfassung

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Zusammenfassung

Zusammenfassung

OSEK / OSEKtime sind statische Betriebssystemeereignisgesteuert vs. zeitgesteuertkomplexe Tasks vs. einfache Tasksunterschiedliche Interrupt-Behandlung

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