OS添加订阅
目标
本文档用于指导客户进行OS集成，文档主要包括的内容为：OS集成指导、基于应用的集成示例讲解。
由于各项目的需求不同，集成示例不会针对于特定的商业项目做详细讲解。
缩写词和术语
** 缩写词/术语** |
描述 |
MCAL |
Microcontroller Abstraction Layer 微控制器抽象层 |
MCU |
Micro Controller Unit 微处理器 |
MPU |
Memory Protection Unit 内存保护单元 |
SC1 |
OS基础功能，包括任务调度和中断响应 |
SC2 |
在S C1基础上增加时间保护功能，用于监控任务和中断的时间参 数。包括执行时间、触发时间、关全局中断和二类中断时间 |
SC3 |
在SC1基础上增加内存保护功能 ，实现内存隔离。需要注意的是，不同规范对内存隔离的权 限定义是存在差异的，本手册的实现逻辑衣裤AUTOSAER规范 |
SC4 |
SC4包括所有功能，包括SC1、SC2和SC3 |
参考文档
OSEK/VDX Operating System.pdf
ARC_V2_ProgrammersReference_em22fs.pdf
DDI0403D_armv7m_arm.pdf
参考手册_OS.pdf
OS订阅包说明
本章节介绍购买普华OS订阅包的集成，若未购买，请忽略该章节内容。
OS订阅包交付清单如下：
使用OS订阅包生成可烧录文件，还依赖第三方的编译链接工具和代码。基于某芯片OS工程构建流程参见下图。
图4-1 集成方法示例图
其中：
ORIENTAIS Configurator是OS配置工具。用户将自己的需求录入该工具，生成OS配置代码。使用示例请参见章节5、6和7。
第三方代码包含芯片编译运行的必要文件，一般由芯片厂商提供。如启动代码、链接脚本、引导代码、必要外设驱动和公共头文件（如Std_Types.h、Compiler.h、Platform_Types.h等）等，用户自行从相应供应商获取或自行编码实现；
OS集成
本章节仅描述ORIENTAIS Configurator建立配置工程的方法，不描述如何配置OS，配置示例请参考本文档的第6章节和第7章节。
新建ORIENTAIS Configurator配置工程
安装ORIENTAIS Configurator软件后，双击软件图标打开软件。
图 5-1 新建工程-1
菜单栏File🡪New🡪Project，新建工程。
图 5-2 新建工程-2
在弹出的新建窗口中选择Autosar下的 [BSW Project]，选择Next。
图 5‑3 新建工程-3
在弹出的窗口中输入工程名，选择Finish。
图 5-4 新建工程-4
选择[Bsw_Builder]，右键单击，选择New ECU Configuration。
图 5-5 新建工程-5
在弹出的窗口中输入ECU名，然后选择Next。
图 5-6 新建工程-6
在弹出的窗口中勾选需添加的模块，点击Finish。
图 5-7 新建工程-7
新建工程如下图所示。
图 5-8 新建工程8
模块配置及生成代码
模块配置
模块的配置取决于项目需求。OS各模块配置项的详细介绍，请参考《参考手册_OS.pdf》。
配置代码生成
在ORIENTAIS Configurator主界面左方，选择对应的模块，单击右键弹出Validate 和Generate 菜单。
图 5-9 模块检验和代码生成
选择Validate对本模块各配置选项进行校验，没有错误提示信息即校验通过。若有错误信息，请按照错误提示修改。
选择Generate，生成配置文件。右下角的Console窗口输出生成的配置文件信息。
图 5-10
config下就是生成的配置文件。
图 5-11 生成文件示例
功能集成
此章节用于指导用户在集成OS过程中应注意一些事项。
代码集成
OS代码包括两部分：OS Package和ORIENTAIS Configurator生成的OS动态代码。用户须将这些文件添加到集成开发工具里。
注意：OS Package集成之前，需确保MCU时钟的正确性。
集成注意事项
对于集成过程中，OS特殊要求和用户经常出现的问题，归类总结形成表 5-1协议栈集成约束清单。用户需逐一排查表中的约束项，以避免集成问题出现。
编 号 * |
类别 |
约束限制 |
|---|---|---|
** 1** |
堆栈 |
用户需 确保为任务堆栈和中断堆栈分配足够的堆栈空间。 |
** 2** |
头文件 |
之后，用户需更新集成开发工具中的头文件路径。
用协议栈API的源文件，需要包含协议栈的头文件。 |
** 3** |
MCU初始化 |
用户应调用Mcu_Init()以初始化系统时钟; |
** 4** |
启动OS |
用户应调用StartOS()以启动OS。 |
** 5** |
A pplication配置 |
多核和SC3/SC4场景下，必须配置Application。 |
SC1集成示例
本章节向用户展示OS的配置集成过程。用户可以据此熟悉OS配置工具的配置过程，以及如何应用配置工具生成的配置文件。
集成目标
通过配置和集成表 6-1配置目标所示的OS SC1配置，实现每隔100毫秒激活一次任务OsTask_Core0。
TASK |
|||
Name |
Priority |
Stack Size |
Activation Limit |
OsTask_Core0 |
1 |
128 |
1 |
OsTaskAutostart |
Preemptive Poilcy |
||
False |
FULL |
||
Alarm |
|||
Name |
Activate |
Counter |
Task |
OsAlarm_Core0 |
Activate Task |
SystemTimer_Core |
OsTask_Core0 |
O sAlarmAutostart |
Start Time |
Cycle Time |
Autosar Type |
True |
100 |
100 |
ABSOLUTE |
ISR |
|||
Name |
Category |
Stack Size |
Nested Enable |
OS_INT0_IRQn |
GATEGORY_2 |
128 |
False |
Priority |
|||
1 |
OS的配置
OsOS界面配置如下：
图 6-1 OsOS 配置
配置项名 |
描述 |
Cores Number |
配置OS为1核（依据具体芯片资源而定）。 |
Map CPU |
将单核OS映射至核0运行。 |
Scalability Class |
OS功能配置为SC1 |
Os Status |
设置OS的状态为EXTENED模式。 |
Error Hook |
开启错误钩子函数 |
Shutdown Hook |
开启关闭钩子函数 |
Startup Hook |
开启启动钩子函数 |
OsAlarm界面配置如下：
图 6-2 OsAlarm配置-1
图 6-3 OsAlarm配置-2
配置项名 |
描述 |
Counter Ref |
选择驱动Alarm的Counter：SystemTimer_Core。 |
OsAlarmActivateTask |
选择Alarm到期后的动作为：激活OsTask_Core0。 |
OsAlarmAutostart |
设置Alarm启动方式：自启动。 |
Start Time[tick] |
设置Alarm的启动偏移tick值为：100 Tick。 |
Autosar Type |
设置该Alarm的启动方式为：相对启动。 |
Cycle Time[tick] |
设置该周期Alarm的tick值为：100 Tick。 |
AppMode |
设置该Alarm的启动模式为：OSDEFAULTAPPMODE |
OsAppMode配置如下：
图6-4 OsAppMode配置
配置项名 |
描述 |
OsAppMode |
设置OS的工作模式：OSDEFAULTAPPMODE。 |
OsCounter配置界面如下：
图 6-5 OsCounter配置
配置项名 |
描述 |
Max Tick |
设置系统Counter的最大tick值为：65535 Tick。 |
Min Cycle |
设置系统Counter的最小tick值为：1 Tick。 |
OsIsr配置界面如下：
图 6-6 OsIsr配置
配置项名 |
描述 |
Category |
配置OS_INT0_IRQn中断为：CATEGORY_2。 |
Stack Size |
设 置OS_INT0_IRQn中断的栈空间为：128（单位：4bytes） |
Priority |
设置OS_INT0_IRQn中断的优先级为：1 |
Nested Enable |
设置中断嵌套功能：不开启总的嵌套。 |
OsTask配置界面如下：
图 6-7 OsTask配置-1
图 6-8 OsTask配置-2
配置项名 |
描述 |
Activation Limit |
设 置该任务能被连续激活的次数：允许连续激活1次。 |
Priority |
设置任务的优先级为：1 |
Preemptive Policy |
设置该任务的抢占策略为：FULL |
Stack Size |
设置任务的堆栈为：128（单位：4bytes） |
OsTaskAutostart |
关闭自启动 |
SystemTimer配置界面如下：
图 6-9 SystemTimer配置-1
图 6-10 SystemTimer配置-2
配置项名 |
描述 |
STM_Frequency[MHZ] |
系 统时钟频率：120MHz（需根据硬件配置设定）。 |
Priority |
设置系统中断的优先级为：10 |
Nest Enable |
设置该系统中断是否支持嵌套功能 |
TickTime[s] |
设置系统中断周期时间为：0.001s |
协议栈调度集成
OS调度集成步骤如下：
协议栈调度集成，需要逐一排查并实现“表 5-1协议栈集成约束清单”所罗列的问题，以避免集成出现差错。
编译链接代码，将生成的elf文件烧写进芯片。
MCU初始化相关的代码，在下方的main.c文件中给出重点标注。
#include “Mcu.h”
#include “Os.h”
#include “Arch_Processor.h”
#include “Os_Extend.h”
int main(void)
{
uint32 flag = (uint32)0;
StatusType test_core1;
StatusType test_core2;
StatusType rv;
/*Get physical core id*/
uint8 coreID = GetCoreID();
初始化MCU时钟
/*OS_CORE_ID_MASTER is physical core id 0*/
if (OS_CORE_ID_MASTER == coreID)
{
Mcu_Init(Mcu_Config);
Mcu_InitClock(McuConf_McuClockSettingConfig);
while (MCU_PLL_UNLOCKED == Mcu_GetPllStatus())
{
/* wait for PLL locked */
}
Mcu_DistributePllClock();
#if(TRUE == CFG_CORE1_AUTOSAROS_ENABLE)
StartCore(OS_CORE_ID_1, &rv);
#endif
#if(TRUE == CFG_CORE2_AUTOSAROS_ENABLE)
StartCore(OS_CORE_ID_2, &rv);
#endif
StartOS(OSDEFAULTAPPMODE);
/* infinite loop */
while (1);
}
/*OS_CORE_ID_0 is physical core id 1*/
#if(TRUE == CFG_CORE1_AUTOSAROS_ENABLE)
else if (OS_CORE_ID_1 == coreID)
{
/* Start AUTOSAR OS. */
StartOS(OSDEFAULTAPPMODE);
/* infinite loop */
while (1);
}
#endif
#if(TRUE == CFG_CORE2_AUTOSAROS_ENABLE)
else if (OS_CORE_ID_2 == coreID)
{
/* Start AUTOSAR OS. */
StartOS(OSDEFAULTAPPMODE);
/* infinite loop */
while (1);
}
#endif
else
{
while(1);
}
return 1;
}
验证结果
当全速运行时，周期任务能够按照周期时间执行，达到了集成目标的要求。
SC3集成示例
该功能依赖硬件的MPU模块，不同指令集架构和不同芯片对MPU的实现不同，导致移植方案存在差异。本章节以ARM Cortex-M7和Synopsys ARC-EM22FS指令集架构为例。
集成目标
通过配置和集成OS SC3，实现No Trusted Application间数据访问的隔离。
OsApplication子模块配置如下:
A pplication Name |
OsApp DataMpuRegionSize |
OsAppC odeMpuRegionSize |
T rusted |
Prote ction |
App lication_0 |
MPU_2_KB |
MPU_2_KB |
√ |
× |
App lication_1 |
MPU_2_KB |
MPU_2_KB |
× |
N/A |
App lication_2 |
MPU_2_KB |
MPU_2_KB |
× |
N/A |
App lication_3 |
MPU_2_KB |
MPU_2_KB |
√ |
√ |
Application_0配置为Trusted且不开启Protection,该Application下的Task对内存的访问不受MPU的限制。
Application_3配置为Trusted且开启Protection,该Application下的Task运行对内存的访问受MPU的限制(实现定义)。
Application_1和Application_2配置为No Trusted,该Application下的Task对内存的访问受MPU的限制。
OsTask子模块配置如下:
Task Name |
Stack Si ze[4Bytes] |
OsTas kMpuRegionSize |
OsTaskAutostart |
OsTa sk_App0Init |
128 |
MPU_512_BYTES |
OSDEFAULTAPPMODE |
OsTa sk_App1Init |
128 |
MPU_512_BYTES |
OSDEFAULTAPPMODE |
OsTa sk_App2Init |
128 |
MPU_512_BYTES |
OSDEFAULTAPPMODE |
OsTa sk_App3Init |
128 |
MPU_512_BYTES |
OSDEFAULTAPPMODE |
模块的配置
OsOS界面配置如下：
图 7-1 OsOS配置
OsApplication界面配置如下：
图 7-2 OsApplication配置-1
图 7-3 OsApplication配置-2
图 7-4 OsApplication配置-3
配置项名 |
描述 |
Trusted |
配置Application为Trusted Application |
Protection |
Trusted Application的写权限是否被限制 |
CoreRef |
指定运行该Application的核。 |
OsAppDataMpuRegionSize |
Application下所有数据组合后的对齐策略。 |
OsAppCodeMpuRegionSize |
Application代码对齐策略。 |
OsAppTaskRef |
Application下管理的Task。 |
OsTask界面配置如下：
图 7-5 OsTask配置-1
图 7-6 OsTask配置-2
图 7-5 OsTask配置-1中的OsTaskMpuRegionSize用于控制生成的链接文件中该Task下所有数据的对齐策略，一般与栈大小保持一致。
源代码的集成
SC3下，ORIENTAIS Configurator配置工具会根据编译器生成特定格式的链接文 件，需将链接文件添加至编译工程中；以S32DS + GCC10.2编译器为例，项目OS工具生成的链接文件名为Os_Link.ld，将该文件添加Build过程的方式如 图所示:
图 7-7 S32DS-GCC10.2添加链接文件
实现Application_1的变量无法被Application_2访问的限制，需要采用如下 方 式定义变量：
图 7-8 划分变量时变量声明方式
引用的宏符号OS_START_SEC_CORE0_OSAPPLICATION_1_PRI_DATA和OS_STOP_SEC_CORE0_OSAPPLICATION_1_PRI_DATA可以在下图所示的文件Os_Mp_MemMap.h中找到
图 7-9 Os_Mp_MemMap.h生成示例
验证结果
图 7-10 测试MPU功能中的代码为Application_2下的OsTask_App2Init访问Application_1的私有变量，代码运行图中所示的位置后，MPU会检测到写访问超出访问权限，并触发异常。
图 7-10 测试MPU功能
该平台的现象为进入HardFault_Handler，如下图所示；
图7-11 内存保护异常现象
MPU异常触发原因的定位
Armv7-M
支持的MCU：NXP S32Kxxx, FlagChip FC7300Fx, Cypress CYTxxx等，内核手册中的描述如下：
图 7-12 MPU故障地址寄存器
寄存器MMFAR(0xE000ED34)，当发生内存保护异常时，该寄存器的会记录触发内存保护异常的内存地址；
图 7-13 Armv7-M内存保护异常地址寄存器(S32DS)
由于该内核支持硬件上下文保存机制，可以通过暂时删除HardFault中的内容，采用汇编单步运行的方式快速定位到触发异常的指令，但是对于发生在Exception Entry 或者 Exit处的内存保护异常该策略会失效;
对于S32K312平台，当使用PEMicro调试时，会在console窗口输出以下信息协助定位问题;
图 7-14 S32DS + PEMicro的相关Debug支持
ARC-EM22FS
支持的MCU: Calterah Alps, Alps-Pro，该寄存器指示触发MPU异常的Region Number和访问方式(读、写、执行、内存交换等)。
图 7-15 ARC-EM22FS MPU异常原因寄存器
实际项目开发中，ERET寄存器更常用，该寄存器用于记录异常返回地址(即:导致异常的指令的地址),可根据相关编译生成文件确定触发异常代码位置。