Produktinformation Embedded Betriebssysteme

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1 Produktinformation Embedded Betriebssysteme

2 Inhaltsverzeichnis 1 Betriebssysteme für Steuergeräte MICROSAR.OS Das Echtzeitbetriebssystem von Vector für den AUTOSAR-Standard Die Vorteile von MICROSAR.OS im Überblick Eigenschaften Optionale Erweiterungen Synchronisation mit der globalen Systemzeit Speicherschutz (SC3, SC4) Timing Protection (SC2, SC4) Laufzeit Messungen (SC2, SC4) High Resolution Timer Betriebssystem für Anwendungen nach ISO Multi-Core Betriebssystem Grafisches Konfigurations- und Generierungstool Lieferumfang oscan - Das Echtzeit-Betriebssystem nach dem OSEK/VDX Standard Die Vorteile im Überblick Anwendungsgebiete Funktionen Optionale Erweiterung: "High Resolution Timer" - Mehr Leistung durch hochpräzise Timer Konfiguration Lieferumfang Verfügbarkeit Weiterführende Informationen... 8 Bitte denken Sie über Ihre Verantwortung gegenüber der Umwelt nach, bevor Sie dieses Dokument ausdrucken. V1.4 Juni

3 1 Betriebssysteme für Steuergeräte Der Einsatz eines Betriebssystems hilft Ihnen, komplexe Ablauf-, Steuerungs- und Regelungsaufgaben zu realisieren. Darüber hinaus erreichen Sie eine noch bessere Erweiterbarkeit, Portierbarkeit und Wiederverwendbarkeit Ihrer Applikationssoftware. Vector bietet Betriebssysteme für die aktuellen Standards: > Betriebssystem nach dem AUTOSAR Standard MICROSAR.OS ist das AUTOSAR-konforme Betriebssystem von Vector. Es ist rückwärts kompatibel zum OSEK-/VDX- Standard und unterstützt alle Skalierbarkeitsklassen, somit auch Zeitsynchronisierung und Speicherschutz. Zusätzlich sind vielfältige Erweiterungen erhältlich, unter anderem auch nach ISO26262 / ASIL-D zertifizierte Varianten. > Betriebssystem nach dem OSEK/VDX Standard Als Lieferant des weltweit ersten zertifizierten OSEK/VDX-konformen Betriebssystems bietet Vector Ihnen langjährige Erfahrung bei der Umsetzung und Implementierung des Standards. 2 MICROSAR.OS Das Echtzeitbetriebssystem von Vector für den AUTOSAR-Standard Bei MICROSAR.OS handelt es sich um ein preemptives Echtzeit-Multitasking-Betriebssystem mit optimierten Eigenschaften für die Verwendung auf Mikrocontrollern. Die langjährigen Erfahrungen von Vector bei der Entwicklung von Betriebssystemen und Treibern für Mikrocontroller sind in diesem kleinen, robusten Betriebssystemkern gebündelt. Bild 1: MICROSAR.OS Modul nach AUTOSAR Die Vorteile von MICROSAR.OS im Überblick > Klein, schnell, ressourcensparend und mit kurzen Boot-Zeiten > MICROSAR.OS ist für AUTOSAR 4.x und 3.x erhältlich > Optional: Als Multi-core Betriebssystem verfügbar 3

4 > Optional: Sicherer Kontextwechsel nach ISO26262 / ASIL-D > Qualitätsprozess nach SPICE Level 3 > Grafisches Konfigurationswerkzeug zum einfachen Konfigurieren des Betriebssystems > Verfügbar für viele 8-, 16-, 32- und 64-Bit-Mikrocontroller 2.2 Eigenschaften MICROSAR-OS basiert auf der AUTOSAR OS-Spezifikation, einer Erweiterung des praxiserprobten Betriebssystemstandards OSEK/VDX-OS. Die Neuerungen umfassen u.a. Funktionalitäten zur Zeitüberwachung und für den Speicherschutz. Die Implementierung von MICROSAR.OS durch Vector erfolgt in voller Konformität mit der AUTOSAR OS-Spezifikation und unterstützt alle Skalierbarkeitsklassen: > SC1: Echtzeitbetriebssystem, implementiert nach dem OSEK/VDX-OS Standard und erweitert um Schedule Tables > SC2: Echtzeitbetriebssystem mit Zeitsynchronisation und Überwachung des zeitlichen Verhaltens einzelner Tasks und Interrupt Service Routinen > SC3: Echtzeitbetriebssystem mit Speicherschutzmechanismen auf Mikrocontrollern mit entsprechender Hardware- Unterstützung > SC4: Kombination der Skalierbarkeitsklassen SC2 und SC3 2.3 Optionale Erweiterungen Synchronisation mit der globalen Systemzeit Schedule Tables können mit der globalen Systemzeit synchronisiert werden, die z. B. über den FlexRay-Bus übertragen wird. Dadurch erreichen Sie die synchronisierte und gleichzeitige Ausführung von Aufgaben in einem verteilten System Speicherschutz (SC3, SC4) Der Speicherschutz stellt sicher, dass Anwendungskomponenten sich nicht gegenseitig die Daten zerstören. Dadurch wird die Integration von Anwendungen einfacher und zuverlässiger Timing Protection (SC2, SC4) Durch die Timing Protection wird sichergestellt, dass die während der Entwurfsphase getroffenen Annahmen hinsichtlich der Ausführungszeit eingehalten werden. Ein defekter Anwendungsteil kann somit die Laufzeit der anderen laufenden Prozesse nicht beeinträchtigen Laufzeit Messungen (SC2, SC4) Mit den Funktionen der Skalierbarkeitsklassen 2 und 4 können Sie die Ausführungszeiten und die Interrupt Sperrzeiten von Anwendungen messen. Diese Messdaten können später als praxis-basierte Werte beim Entwurf und bei der Integration künftiger Anwendungen verwendet werden High Resolution Timer Zeitauflösungen von weniger als 1ms ohne Erhöhung der Interrupt-Last bietet der High Resolution Timer Mechanismus. Abhängig vom Controller sind damit Auflösungen bis in den Mikrosekundenbereich möglich. 2.4 Betriebssystem für Anwendungen nach ISO26262 Für sicherheitsrelevante Anwendungen nach ISO erhalten Sie von Vector die nach ASIL D entwickelte Betriebssystem- Variante MICROSAR.OS SafeContext. Sie basiert auf den AUTOSAR-Skalierbarkeitsklassen SC3 bzw. SC4 und ist zuständig für den 4

5 Speicherschutz und einen sicheren Kontextwechsel. Um Freedom from Interference in Hinsicht auf Speicherschutz zu erreichen, benötigen Sie einen geeigneten Prozessor, z.b. mit Memory Protection Unit (MPU). Mit MICROSAR.OS SafeContext können Sie sicherheitsrelevante Anwendungskomponenten zusammen mit Standardkomponenten auf derselben CPU verwenden. Lieferumfang für MICROSAR.OS SafeContext: > Betriebssystem-Kern als Sourcecode > Grafisches Konfigurationstool für Windows 7 / Windows XP > Kommandozeilen-basierter Generator > BSW Module Description > Beschreibungsdateien für DaVinci Configurator Pro > Dokumentation > Read-back Tool > Safety Manual Mehr Details über die Vector Lösung für Safety entnehmen Sie bitte dem Kapitel über MICROSAR Safe. 2.5 Multi-Core Betriebssystem MICROSAR.OS Multi-Core ist eine Weiterentwicklung des bewährten Echtzeitbetriebssystems MICROSAR.OS von Vector. Sie setzen es überall dort ein, wo ein Mehrkern-System nach AUTOSAR-Spezifikation entwickelt werden soll. MICROSAR.OS Multi- Core basiert auf der AUTOSAR-Spezifikation 4.x, kann aber auch in AUTOSAR 3.x Projekten eingesetzt werden. Das Multi-Core Betriebssystem ermöglicht den parallelen und unabhängigen Betrieb mehrerer Prozessorkerne mit jeweils einer eigenen Instanz des AUTOSAR Betriebssystems. Dabei entsprechen Konfiguration und Systemdienste denen des Single-Core Betriebssystems. Das Multi-Core Betriebssystem ist für alle Skalierbarkeitsklassen (SC1-SC4) erhältlich, ebenfalls unterstützt werden Erweiterungen, wie High Resolution Timer oder SafeContext. Zusätzlich bietet die Multi-Core-Variante Mechanismen zum Koordinieren und Synchronisieren von Tasks, die auf unterschiedlichen Kernen ablaufen: > Synchronisierter Start-up: Das Betriebssystem stellt sicher, dass alle Kerne hochgefahren und initialisiert sind, bevor die jeweilige Anwendung gestartet wird. > Inter-Core Koordination: Prozesse auf unterschiedlichen Kernen werden über Task-Aktivierungen, das Setzen von Events, das Starten und Anhalten von Alarmen oder ScheduleTables synchronisiert. > Shared Resource Access: Soll von unterschiedlichen Kernen auf gemeinsam genutzte Ressourcen zugegriffen werden, so stellt das Betriebssystem mit Spinlocks einen Koordinationsmechanismus bereit. > Inter-Core Kommunikation: Für den konsistenten Datenaustausch zwischen zwei Kernen stellt das Betriebssystem mit dem Inter-OS-Application-Communicator (IOC) eine effiziente Schnittstelle zur Verfügung. 2.6 Grafisches Konfigurations- und Generierungstool Für die leichte und komfortable Konfiguration des Betriebssystems empfehlen wir den DaVinci Configurator Pro. Er enthält eine Konsistenzprüfung und den Aufruf des Generators. Der Generator ist als Kommandozeilen Tool ausgeführt, um die Integration in eine automatisierte Entwicklungsumgebung zu ermöglichen. 2.7 Lieferumfang Der Lieferumfang von MICROSAR.OS umfasst: > Betriebssystem-Kern als Sourcecode > Grafisches Konfigurationstool für Windows XP / Windows 7 > Kommandozeilen-basierter Generator 5

6 > BSW Module Description > Beschreibungsdateien für DaVinci Configurator Pro > Dokumentation 3 oscan - Das Echtzeit-Betriebssystem nach dem OSEK/VDX Standard oscan ist ein preemptives Echtzeit-Multitasking-Betriebssystem mit optimierten Eigenschaften für den Einsatz auf Mikrocontrollern. Durch die langjährige Erfahrung von Vector in der Entwicklung von Betriebssystemen und Treibern ist mit oscan ein kleiner, robuster Betriebssystemkern entstanden. Er ist gemäß OSEK/VDX Spezifikation 2.2 zertifiziert. Dieser offene Standard der Automobilindustrie ist die Grundlage für langfristige Stabilität und Verfügbarkeit. 3.1 Die Vorteile im Überblick > Kleiner, schneller und ressourcensparender Betriebssystemkern > Kurze Boot-Zeiten > Stack-Überwachung zur Laufzeit (abschaltbar) > Interne Ablaufverfolgung (abschaltbar) > Komponentenmanagement zur Integration von Teilprojekten > Lieferung als Source Code > Qualitätsprozess nach SPICE Level 3 > Grafisches Konfigurationswerkzeug zum einfachen Konfigurieren des Betriebssystems > Verfügbar für viele 8-, 16-, 32- und 64-Bit-Mikrocontroller 3.2 Anwendungsgebiete Aufgrund seiner statischen Betriebssystem-Architektur ist oscan klein und schnell und lässt sich vorteilhaft in allen Bereichen einsetzen, in denen Ressourcen wie Speicher und Rechenzeit knapp sind. Insbesondere dort, wo extrem kurze Bootzeiten notwendig sind, ist der Einsatz von oscan ideal. 3.3 Funktionen Als voll preemptives Multitasking-Betriebssystem bietet oscan eine prioritätsgesteuerte Task-Verwaltung und vielfältige Synchronisierungsmechanismen. Das Erzeugen zyklischer wie singulärer Zeitintervalle ist ebenso möglich wie ein ereignisgesteuertes Verhalten. Das flexible Interrupt-Konzept erlaubt es, Systemdienste auch innerhalb der Interrupt- Serviceroutinen zu nutzen. Zusätzlich zu den im Standard definierten Funktionen bietet oscan: > Überwachung der Stack-Nutzung zur Laufzeit > Internes Tracing der System Aufrufe > Erweiterte Fehlerprüfung zur Laufzeit > Übersichtliche Dokumentation der Konfiguration in HTML Mit dem optional erhältlichen High Resolution Timer realisieren Sie höhere Auflösungen als 1ms für die Timer, ohne gleichzeitig die Interrupt-Last zu erhöhen. Abhängig vom Controller sind damit Auflösungen bis in den Mikrosekundenbereich möglich. 3.4 Optionale Erweiterung: "High Resolution Timer" - Mehr Leistung durch hochpräzise Timer Eine maßgebliche Eigenschaft von Betriebssystemen ist die Genauigkeit der Alarme und die damit verbundene Interrupt-Last. Der Alarm-Mechanismus eines OSEK/VDX-Betriebssystems basiert auf Zählern, die entweder per Software- oder per Hardware- 6

7 Timer erhöht werden. Erreicht ein solcher Zähler den eingestellten Alarmwert, wird eine vordefinierte Aktion ausgeführt. Die zeitliche Auflösung dieser Timer beträgt typischerweise 1ms. Falls höhere Auflösungen als 1ms für die Timer erforderlich sind, bietet der High Resolution Timer Mechanismen an, die diese höhere Genauigkeit realisieren, ohne gleichzeitig die Interrupt-Last zu erhöhen. Abhängig vom Controller sind damit Auflösungen bis in den Mikrosekundenbereich möglich. > Eigenschaften und Vorteile > Der High Resolution Timer für die Betriebssysteme oscan und MICROSAR OS ermöglicht hochpräzise Alarme bei geringer Interrupt-Belastung für das System (abhängig von der Hardware). Ein Interrupt wird nur dann ausgelöst, wenn ein Alarm ansteht. > Die Genauigkeit der Alarmzeit hängt nur von der Auflösung und der Taktfrequenz des Hardware-Timers ab. Diese kann sich je nach Mikrocontroller in Bereichen von 100 ns bis 100 μs bewegen. > Anwendungsgebiete > Der High Resolution Timer ist für Anwendungsfälle konzipiert, in denen hochpräzise Timer benötigt werden, aber eine Erhöhung der Interrupt-Last nicht akzeptabel ist. > Anforderungen an die Hardware > Der High Resolution Timer kann auf allen Mikrocontrollern eingesetzt werden, die über einen Free-Running-Timer verfügen. > Zusätzlich muss der Timer einen Interrupt auslösen können, wenn sein Wert einem frei definierbaren Vergleichswert entspricht (compare-match). Der Takt, mit dem der Hardware-Timer betrieben wird, sollte so einstellbar sein, dass die gewünschte Genauigkeit erreicht wird. > Funktionen > Eine kollektive Verarbeitung von vielen aufeinanderfolgenden Alarmen kann durch die Definition eines Mindestabstands zwischen Timer-Interrupts gesteuert werden. Das verringert die Interrupt-Last besonders für den Fall, dass viele Alarme mit ähnlichen Intervallen nahezu zeitgleich ablaufen. > Konfiguration > Sie stellen den High Resolution Timer mit dem Konfigurator des Betriebssystems ein. Mit ihm werden die Verteiler (Prescaler) entsprechend der Taktfrequenz des Mikrocontrollers justiert. Bild 2: Alarme und Tasks 7

8 3.5 Konfiguration Mittels eines einfach zu handhabenden, grafischen Konfigurationswerkzeugs werden alle Betriebssystemmittel vor dem Compilieren festgelegt. Die Konfiguration wird im standardisierten OIL-Format (OSEK Implementation Language) abgelegt, um Portabilität zu gewährleisten. Das Konfigurationswerkzeug bietet Ihnen ein Komponentenmanagement, mit dem eine zeitlich parallele Implementierung von Teilanwendungen und die Integration zur Gesamtanwendung möglich ist. Dadurch können kurze Entwicklungszeiten und räumlich getrennte Entwicklungen verwirklicht werden. Es bietet folgende Eigenschaften: > Leicht zu handhabende grafische Oberfläche > Automatische Prüfung auf Vollständigkeit und Konsistenz > Einfache Systemskalierung > Komponentenmanagement > ORTI-Unterstützung: Viele Emulatoren bieten bereits die Möglichkeit, das Verhalten der Anwendung auf der Ebene der Betriebssystemdienste zu beobachten (OSEK-Awareness). oscan unterstützt die dafür notwendige ORTI Schnittstelle. > Einige UML- und SDL-Modellierungswerkzeuge bieten die Möglichkeit, Modelle für den Einsatz mit einem OSEK/VDX Betriebssystem zu konfigurieren. Dies ist z.b. möglich mit: > MATLAB/Simulink von Mathworks > TargetLink von dspace 3.6 Lieferumfang > Betriebssystem-Kern als Sourcecode > Grafisches Konfigurationswerkzeug (OIL) für Windows 7 > Kommandozeilen-basierter Generator > Dokumentation > Beispielprogramme 3.7 Verfügbarkeit Das Echtzeit-Betriebssystem oscan von Vector ist für eine Vielzahl gängiger 8-, 16- und 32-Bit Microcontroller verfügbar. Weitere Informationen dazu finden Sie im Internet unter: oscan entspricht den OSEK/VDX Spezifikationen > OSEK/VDX-OS 2.2 > OSEK/VDX-OIL 2.3 > OSEK/VDX-COM > Alle Konformitätsklassen (BCC1, BCC2, ECC1, ECC2, CCCA, CCCB) > Größe : 1 10 kb ROM, abhängig von Plattform und Konfiguration 4 Weiterführende Informationen Vector bietet Ihnen eine komplett abgestimmte Lösung für die Entwicklung von Steuergeräten. Zusätzlich zum Betriebssystem erhalten Sie Protokolle und Treiber für CAN, LIN oder FlexRay. Nähere Informationen finden Sie in den entsprechenden Produktinformationen. Weitere Informationen zu unseren Produkten und dem Konfigurierungs- und Generierungswerkzeug DaVinci Configurator Pro finden Sie auf der Portalseite im Internet: 8

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