OSEKtime - Time-Triggered OSEK/OS

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1 OSEKtime - Time-Triggered OSEK/OS Gregor Kaleta gregor.kaleta@udo.edu PG Seminarwochenende Oktober

2 Überblick Einleitung OSEKtime Task-Zustandsmodell, Scheduling-Verfahren Interrupt-Verarbeitung Deadline-Überwachung / Fehlerbehandlung OSEK-VDX als Subsystem OSEKtime FTCom Schichtenmodell Globale Zeit Synchronisation Toolkette Gregor Kaleta <gregor.kaleta@udo.edu> 2 OSEKtime Time-Triggered OSEK/OS, PG, Seminarwochenende

3 Notwendigkeit von OSEKtime OSEK\VDX bewährt für Innenraum und Antriebsstrang da autonome Steuergeräte lose Verbunde bilden Ungeeignet für X-by-Wire Anwendungen z.b. vollelektronische Bremse (Brake-by-Wire) Lenkung (Drive-by-Wire) erfordern zuverlässiges und koordiniertes Handeln in hoher zeitlicher Synchronität OSEK\VDX bietet keine globale Zeit für alle Steuergeräte Lösung: neuer Standard OSEKtime Gregor Kaleta 3 OSEKtime Time-Triggered OSEK/OS, PG, Seminarwochenende

4 Überblick Einleitung OSEKtime Task-Zustandsmodell, Scheduling-Verfahren Interrupt-Verarbeitung Deadline-Überwachung / Fehlerbehandlung OSEK-VDX als Subsystem OSEKtime FTCom Schichtenmodell Globale Zeit Synchronisation Toolkette Gregor Kaleta <gregor.kaleta@udo.edu> 4 OSEKtime Time-Triggered OSEK/OS, PG, Seminarwochenende

5 Was ist OSEKtime OSEK/VDX time triggered operating system Version 1.0 verfügbar seit 24. Juli 2001 zeitgesteuertes Konzept besteht im Wesentlichen aus zwei Teilen: Betriebssystem: - Tasks - Interrupt Service Routinen - deren zeitliche Überwachung Kommunikationsschicht FTCom: - fehlertolerante Kommunikation - globale Zeit für alle Knoten - implizite Flusskontrolle zusammen Erfüllung der geforderten Eigenschaften Gregor Kaleta <gregor.kaleta@udo.edu> 5 OSEKtime Time-Triggered OSEK/OS, PG, Seminarwochenende

6 Task-Zustandsmodell wait running terminate waiting preempt start suspended relaease preempted ready activate Gregor Kaleta 6 OSEKtime Time-Triggered OSEK/OS, PG, Seminarwochenende

7 Task-Zustandsmodell wait running terminate waiting preempt resume suspended relaease preempted ready activate Keine Events, Counter, Alarme oder Ressourcen => Mechanismus durch Variablen (Task-Attribute) realisierbar Gregor Kaleta 7 OSEKtime Time-Triggered OSEK/OS, PG, Seminarwochenende

8 Task-Zustandsmodell waiting wait preempt running terminate activate resume suspended relaease preempted ready activate Keine Events, Counter, Alarme oder Ressourcen => Mechanismus durch Variablen (Task-Attribute) realisierbar Keine statischen Prioritäten, fester Startzeitpunkt nach Dispatcher Table: Aktivierung => sofortige Ausführung! Gregor Kaleta 8 OSEKtime Time-Triggered OSEK/OS, PG, Seminarwochenende

9 Task-Zustandsmodell waiting wait preempt running terminate activate resume suspended relaease preempted ready activate Keine Events, Counter, Alarme oder Ressourcen => Mechanismus durch Variablen (Task-Attribute) realisierbar Keine statischen Prioritäten, fester Startzeitpunkt nach Dispatcher Table: Aktivierung => sofortige Ausführung! Terminierung => Beendigung der Task => Aktivierung einer neuen Task Bestimmte Interrupt-Service-Routinen (ISRs) können Tasks nicht unterbrechen Gregor Kaleta 9 OSEKtime Time-Triggered OSEK/OS, PG, Seminarwochenende

10 Scheduling-Verfahren Dispatcher Table eine Art Ablauftabelle Dispatcher wird durch Timer-Interrupt gestartet Nur Dispatcher kann Tasks aktivieren Stack Based Scheduling: Starten verdrängter Tasks nach LIFO-Prinzip Dispatcher Round: ein kompletter Durchlauf der Tabelle Mehrfachaktivierung eines Task in einem Durchlauf mögl. Konzept der Anwendungsmodi: mit SwitchAppMode() im laufenden Betrieb die Ablauftabelle umschalten Leerlauf-Task ttidletask Gregor Kaleta 10 OSEKtime Time-Triggered OSEK/OS, PG, Seminarwochenende

11 Beispiel eines Task-Ablaufs Gregor Kaleta 11 OSEKtime Time-Triggered OSEK/OS, PG, Seminarwochenende

12 Interrupt-Verarbeitung OSEK/VDX: Interrupts können laufende Tasks jederzeit unterbrechen OSEKtime: in der Ablauftabelle werden für jeden Interrupt Zeitfenster definiert, in denen er genau einmal auftreten darf Nach Auftreten und Bearbeitung der Interrupt Service Routine bleibt der Interrupt bis zu seinem nächsten Zeitfenster gesperrt Definiert werden OSEKtime Interrupts mit dem Makro ttisr Nicht maskierbare Interrupts sollten vermieden werden, da sie ein Verschieben der OSEKtime-OS-dispatching- Interrupts bewirken Gregor Kaleta 12 OSEKtime Time-Triggered OSEK/OS, PG, Seminarwochenende

13 Interrupt-Verarbeitung Gregor Kaleta 13 OSEKtime Time-Triggered OSEK/OS, PG, Seminarwochenende

14 Deadline-Überwachung/Fehlerbehandl. Attribut Deadline-Monitoring in Ablauftabelle gespeichert Strikte Task-Deadline-Überwachung: exakter Zeitpunkt Nicht strikte Task-Deadline-Überwachung: passender Zeitpunkt zw. Deadline und Ende der Dispatcher Round Dispatcher überwacht Deadline zur Laufzeit Bei Deadlineverletzung Aufruf von tterrorhook(), dass eine eigene Fehlerbehandlung ermöglicht Danach beendet sich OSEKtime selbst Hier kann verblieben werden oder mit ttstartos()ein Neustart initialisiert werden Gregor Kaleta 14 OSEKtime Time-Triggered OSEK/OS, PG, Seminarwochenende

15 Deadline-Überwachung/Fehlerbehandl. Gregor Kaleta 15 OSEKtime Time-Triggered OSEK/OS, PG, Seminarwochenende

16 OSEK/VDX als Subsystem ttidletask erster Task, der vom Dispatcher gestartet wird=>läuft also immer, wenn kein andere Task im running ist nicht in der Dispatcher Tabelle eingetragen wird nicht periodisch neu gestartet besitzt keine Deadline während des ttidletask dürfen OSEK/VDX Tasks laufen er kann jeder Zeit vom OSEKtime Dispatcher (Task, Interrupt) unterbrochen werden OSEK/VDX Interrupts nur in Subsystem-Zeit Gregor Kaleta 16 OSEKtime Time-Triggered OSEK/OS, PG, Seminarwochenende

17 Beispiel eines Task-Ablaufs Gregor Kaleta 17 OSEKtime Time-Triggered OSEK/OS, PG, Seminarwochenende

18 Überblick Einleitung OSEKtime Task-Zustandsmodell, Scheduling-Verfahren Interrupt-Verarbeitung Deadline-Überwachung / Fehlerbehandlung OSEK-VDX als Subsystem OSEKtime FTCom Schichtenmodell Globale Zeit Synchronisation Toolkette Gregor Kaleta <gregor.kaleta@udo.edu> 18 OSEKtime Time-Triggered OSEK/OS, PG, Seminarwochenende

19 OSEKtime FTCom Fault-Tolerant Communication Bsp.: Break-by-Wire erfordert deterministisches Zeitverhalten der Kommunikation globale Zeit (garantierte Synchronisation) Robustheit gegen Fehler OSEK/VDX Fault-Tolerant Communication Version 1.0 spezifiziert am 24. Juli 2001 Abstraktion vom konkreten Kommunikationsprotokoll (z.b. FlexRay) => standardisierte Schnittstelle Gregor Kaleta 19 OSEKtime Time-Triggered OSEK/OS, PG, Seminarwochenende

20 Fault-Tolerant Communication Babbling Idiot: Buswächter erlaubt Schreibzugriff nur in bestimmten Zeitfenstern Fehlertoleranz: Nachrichtenreplikation redundanter Versand Nachrichtenreduktion Bsp. Konsistente Fehler im Wertebereich - Reduktionsalgorithmus: Majoritätsvotum - Anzahl Nachrichteninstanzen: 3 Fehlererkennung durch Kommunikationskontroller: korrupte Daten fehlende, verfrühte und verspätete Nachrichten Gregor Kaleta <gregor.kaleta@udo.edu> 20 OSEKtime Time-Triggered OSEK/OS, PG, Seminarwochenende

21 Schichtenmodell: OSEKtime FTCom Applikation Applikationsschicht Fehlertoleranzschicht Interaktionsschicht API Funktion (von Applikation aufgerufen) FTCom Systemtasks (von Dispatcher aufgerufen) Kommunikationskontroller Gregor Kaleta 21 OSEKtime Time-Triggered OSEK/OS, PG, Seminarwochenende

22 Globale Zeit - Synchronisation Synchronisationslayer wird von FTCom bereitgestellt Synchronisation erfolgt beim Systemstart und im Normalbetrieb zyklisch am Ende der Dispatcher Round ttsynctimes(): Betriebssystem berechnet Drift zw. lokalen und globalen Zeit, um Ground State zu erweitern oder zu verringern Zeitsynchronisation über das Bussystem selbst, z.b. FlexRay-Mechanismen, ist nicht spezifiziert Gregor Kaleta <gregor.kaleta@udo.edu> 22 OSEKtime Time-Triggered OSEK/OS, PG, Seminarwochenende

23 Synchronisationsverfahren warten auf globale Zeit, dann ausführen asynchron ausführen, dann schlagartig anpassen asynchron ausführen, dann schrittweise anpassen Gregor Kaleta 23 OSEKtime Time-Triggered OSEK/OS, PG, Seminarwochenende

24 Überblick Einleitung OSEKtime Task-Zustandsmodell, Scheduling-Verfahren Interrupt-Verarbeitung Deadline-Überwachung / Fehlerbehandlung OSEK-VDX als Subsystem OSEKtime FTCom Schichtenmodell Globale Zeit Synchronisation Toolkette Gregor Kaleta <gregor.kaleta@udo.edu> 24 OSEKtime Time-Triggered OSEK/OS, PG, Seminarwochenende

25 Toolkette OSEK Entwurfswerkzeug (Entwurfsdatenbank) FTCom Generator OIL Exporter Applikationscode OSEKtime FTCom Schicht Code OIL Datei OSEKtime Konfigurator Betriebssystemcode Compiler & Linker Ausführbares Programm Gregor Kaleta 25 OSEKtime Time-Triggered OSEK/OS, PG, Seminarwochenende

26 Task Schedule in Time Core Gregor Kaleta 26 OSEKtime Time-Triggered OSEK/OS, PG, Seminarwochenende

27 Zusammenfassung OSEKtime zeitgesteuertes Konzept (keine Events,...) gemischtes System (OSEKtime und OSEK/VDX) OSEK FTCom deterministisches Zeitverhalten der Kommunikation globale Zeit (garantierte Synchronisation) Fehlertoleranz Allerdings nur Schnittstellenspezifikation, keine konkreten Kommunikationsprotokolle meist Einsatz von FlexRay => geeignet für sicherheitsrelevante Applikationen im Automobil Gregor Kaleta 27 OSEKtime Time-Triggered OSEK/OS, PG, Seminarwochenende

28 Literaturverzeichnis OSEK/VDX: Time-Triggered Operating System Version 1.0, 2001 OSEK/VDX: Fault-Tolerant Communikation Version 1.0, 2001 Homann, Matthias: OSEK. Bonn: mitp-verlag, 2005 Zimmermann, Werner; Schidgall, Ralf: Bussysteme in der Fahrzeugtechnik. Wiesbaden: Vieweg, 2007 Galla, Thomas M.; Olig, Jochen: OSEKtime Eine Softwareplattform für sicherheitsrelevante verteilte Applikationen im Automobil Galla, Thomas M.: TimeCore Software Komponenten und Entwurfswerkzeuge für sicherheitsrelevante verteilte Applikationen im Automobil Gregor Kaleta 28 OSEKtime Time-Triggered OSEK/OS, PG, Seminarwochenende

29 Fragen... bei Fragen fragen! Gregor Kaleta 29 OSEKtime Time-Triggered OSEK/OS, PG, Seminarwochenende