專利名稱：基于contract的提高AUTOSAR OS調(diào)度靈活性和資源利用率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及嵌入式實時操作系統(tǒng)對資源的的調(diào)度機制，尤其是一種基于contract 的提高AUTOSAR OS調(diào)度靈活性和資源利用率的方法。
背景技術(shù)：
Contract模型是應(yīng)用層和調(diào)度層之間的接口，它提出了一個較高層的抽象，使開發(fā)者只需要制定應(yīng)用程序的需要，而不需要把這些需求和特定的調(diào)度算法的參數(shù)相關(guān)聯(lián)起來。AUTOSAR(AOTomotive Open System Architecture)是一個標(biāo)準(zhǔn)化的開放式汽車軟件架構(gòu)。AUTOSAR OS是符合AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式實時操作系統(tǒng)，是一個靜態(tài)配置的多任務(wù)單處理器的RT0S。本發(fā)明所參照的AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)為3. 0. 1版本，并且實現(xiàn)在由浙江大學(xué)自主研發(fā)的符合AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)的OS-SmartOSEK OS上。在實時系統(tǒng)領(lǐng)域，傳統(tǒng)理念認(rèn)為RTOS只需要滿足汽車功能需求說明書規(guī)定的時間需求即可。事實上，在現(xiàn)如今較多的場合下，RTOS中軟實時的task比硬實時的task要常見的多。此外，隨著在汽車領(lǐng)域用到的微處理器的處理能力的不斷提升，滿足那些時間需求變得相對容易。然而由于越來越多的功能單元被集成到一個處理器上，對于處理器資源的劃分問題變得越來越重要。所以，目前大多數(shù)AUTOSAR OS實現(xiàn)過程中，開發(fā)者為了避免不同的task間因為資源占用的問題相互沖突，在配置時每個task都只能申請最小的資源。在這樣的配置前提下，對于處理器資源的整體利用率會比較低。在引進(jìn)contract模型之后，就可以把幾個任務(wù)指派到一個contract上，這樣contract和contract之間就可以通過協(xié)商的形式來動態(tài)的回收空閑的處理器資源并且分配到比較忙的contract對應(yīng)的server上， 從而提高RTOS的資源調(diào)度的靈活性及利用率。在現(xiàn)在的實時操作系統(tǒng)中，存在如下問題由于要把多個功能模塊映射到一個處理器執(zhí)行，為不使各功能模塊相應(yīng)的task起沖突，需要降低每個task的資源占用量，因而導(dǎo)致整個處理器資源利用率的下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是要解決上述技術(shù)存在的不足，而提供一種基于contract的提高AUTOSAR OS調(diào)度靈活性和資源利用率的方法，基于contract的方法用來提高嵌入式實時操作系統(tǒng)靈活性和對資源的利用率。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案一般的AUTOSAR OS是靜態(tài)配置的，這種基于contract的提高AUTOSAR OS調(diào)度靈活性和資源利用率的方法把contract模型應(yīng)用到AUTOSAR OS上，使AUTOSAR OS對于用戶提出的復(fù)雜的時間需求更加容易滿足，與此同時引入contract模型之后，還可以使AUTOSAR OS支持動態(tài)變化的時間需求。在原來的AUTOSAR OS軟件平臺結(jié)構(gòu)上增加一層抽象層，該抽象層由四個模塊構(gòu)成，分別為核心模塊core、動態(tài)回收模塊Dynamic reclamation,分層調(diào)度模塊Hierarchical scheduling 禾口倉泛；ΟΛ 牛莫雙 Spare capacity sharing ；
(1)、通過核心模塊指定contract的屬性和相關(guān)的操作，Contract的屬性就是一些參數(shù)，用于創(chuàng)建contract，進(jìn)行contract之間的協(xié)商，綁定task到server以及RTOS用來保證最小資源需求的資源預(yù)留機制；
(2)、動態(tài)回收模塊是一個功能模塊，通過動態(tài)回收模塊在系統(tǒng)存在空閑處理器能力時執(zhí)行動態(tài)回收，通過空閑能力共享模塊分配那些server沒有使用的掛起的空閑處理器能力；如果在運行時，由于task的異常終止或是在調(diào)度點之前完成而產(chǎn)生了額外的空閑處理器能力，根據(jù)contract的配置，通過動態(tài)回收和空閑能力共享兩個模塊的合作，這些空閑的處理能力會被分配到那些需要額外的處理能力的不同的server上。(3)、通過分層調(diào)度模塊進(jìn)行全局調(diào)度和局部調(diào)度，分層調(diào)度主要發(fā)生在兩個層面——全局調(diào)度和局部調(diào)度。如附圖2所示，全局調(diào)度用于決定哪個server能夠訪問處理器資源，而局部調(diào)度是在server內(nèi)部的調(diào)度，用于決定調(diào)度哪個task進(jìn)行執(zhí)行。在本發(fā)明中，該方法能夠把幾個task指派到某個contract，配置contract的屬性，這些contract的屬性包括了創(chuàng)建contract、contract之間的協(xié)商、綁定task到server 以及資源預(yù)留機制的相應(yīng)參數(shù)。通過資源預(yù)留機制來保證AUT0SAR OS的最小化資源需求， 通過contract協(xié)商和再協(xié)商機制(線上和線下的可調(diào)度性分析)來保證OS任務(wù)的可調(diào)度性。在本發(fā)明中，該方法引入了 contract模型，每多個task對應(yīng)于一個contract，對于每個contract的調(diào)度策略進(jìn)行配置。這樣用戶就能夠從目前實現(xiàn)的眾多高級的實時調(diào)度算法中選擇最合適的調(diào)度策略來滿足自己的需求，可以實現(xiàn)對不同的task指定不同的調(diào)度策略。作為優(yōu)選，當(dāng)contracts準(zhǔn)備就緒之后，這些contracts需要進(jìn)行協(xié)商，評價其能否通過可調(diào)度性測試，系統(tǒng)會檢查在保證先前已有contracts正常運行的情況下，是否有足夠的資源滿足新添加的contract的最小資源需求；如果協(xié)商通過，系統(tǒng)會保留足夠的資源預(yù)算來滿足新添加的contract的最小資源需求，同時會新建一個對應(yīng)contract的 server, server是contract在系統(tǒng)運行狀態(tài)下的軟件對象，它存儲了 contract的所有信息；server會對綁定到它上面的task的執(zhí)行條件進(jìn)行管理，只要task被綁定到了某一 server上面，那么分層調(diào)度器就會調(diào)度其執(zhí)行。在附圖2中，全局調(diào)度器為基于sporadic server的固定優(yōu)先級調(diào)度(FP)，而局部調(diào)度器有三個，實現(xiàn)的算法分別為EDF，F(xiàn)P和FIFO。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益的效果是
1.基于contract模型，能夠滿足用戶復(fù)雜的時間需求。2.通過資源預(yù)留和線上/線下可調(diào)度性分析保證系統(tǒng)的最小資源需求和可調(diào)度性。3.通過回收和重分配空閑處理器能力獲得較優(yōu)的資源利用率。4.用戶可以自由選擇最合適的調(diào)度算法來調(diào)度相應(yīng)的tasks。


圖1是應(yīng)用本發(fā)明之前的SmartSAR軟件平臺架構(gòu)示意圖； 圖2是分層調(diào)度模型示意圖；圖3是應(yīng)用本發(fā)明之后的SmartSAR軟件平臺架構(gòu)； 圖4是SmartOSEK OS中task的執(zhí)行過程。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明
本發(fā)明在浙大自主研發(fā)的符合AUT0SAR標(biāo)準(zhǔn)的RTOS——SmartOSEK OS上得到了實現(xiàn)。SmartOSEK OS和SmartSAR軟件平臺的其他模塊緊密相連，在沒有引入本發(fā)明之前， SmartSAR的軟件平臺架構(gòu)如附圖1所示，在引入本發(fā)明之后，在SmartOSEK OS模塊內(nèi)增加了另外一個子模塊如附圖3所示。在引入本發(fā)明到SmartOSEK之后，定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下
表1. contract結(jié)構(gòu)的屬性
權(quán)利要求
1.一種基于contract的提高AUTOSAR OS調(diào)度靈活性和資源利用率的方法，其特征在于在原來的AUTOSAR OS軟件平臺結(jié)構(gòu)上增加一層抽象層，該抽象層由四個模塊構(gòu)成， 分別為核心模塊core、動態(tài)回收模塊Dynamic reclamation、分層調(diào)度模塊Hierarchical scheduling 禾口空閑能力共享模塊 Spare capacity sharing ；(1)、通過核心模塊指定contract的屬性和相關(guān)的操作，Contract的屬性就是一些參數(shù)，用于創(chuàng)建contract，進(jìn)行contract之間的協(xié)商，綁定task到server以及RTOS用來保證最小資源需求的資源預(yù)留機制；(2)、通過動態(tài)回收模塊在系統(tǒng)存在空閑處理器能力時執(zhí)行動態(tài)回收，通過空閑能力共享模塊分配那些server沒有使用的掛起的空閑處理器能力；如果在運行時，由于task的異常終止或是在調(diào)度點之前完成而產(chǎn)生了額外的空閑處理器能力，這些空閑的處理能力會根據(jù)contract中指定的方法被分配到需要處理器能力的不同的server上去；(3)、通過分層調(diào)度模塊進(jìn)行全局調(diào)度和局部調(diào)度，全局調(diào)度用于決定哪個server能夠訪問處理器資源，而局部調(diào)度是在server內(nèi)部的調(diào)度，用于決定調(diào)度哪個task進(jìn)行執(zhí)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于contract的提高AUTOSAROS調(diào)度靈活性和資源利用率的方法，其特征在于該方法引入了 contract模型，每多個task對應(yīng)于一個contract，對于每個contract的調(diào)度策略進(jìn)行配置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于contract的提高AUTOSAROS調(diào)度靈活性和資源利用率的方法，其特征在于當(dāng)contracts準(zhǔn)備就緒之后，這些contracts需要進(jìn)行協(xié)商，評價其能否通過可調(diào)度性測試，系統(tǒng)會檢查在保證先前已有contracts正常運行的情況下，是否有足夠的資源滿足新添加的contract的最小資源需求；如果協(xié)商通過，系統(tǒng)會保留足夠的資源預(yù)算來滿足新添加的contract的最小資源需求，同時會新建一個對應(yīng)contract 的server，server是contract在系統(tǒng)運行狀態(tài)下的軟件對象，它存儲了 contract的所有信息；server會對綁定到它上面的task的執(zhí)行條件進(jìn)行管理，只要task被綁定到了某一 server上面，那么分層調(diào)度器就會調(diào)度其執(zhí)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于contract的提高AUTOSAR OS調(diào)度靈活性和資源利用率的方法，在原來的AUTOSAR OS軟件平臺結(jié)構(gòu)上增加一層抽象層，該抽象層由四個模塊構(gòu)成，分別為核心模塊core、動態(tài)回收模塊Dynamicreclamation、分層調(diào)度模塊Hierarchicalscheduling和空閑能力共享模塊Sparecapacitysharing；該方法把contract模型應(yīng)用到AUTOSAR OS上，使AUTOSAR OS對于用戶提出的復(fù)雜的時間需求更加容易滿足，與此同時引入contract模型之后，還可以使AUTOSAR OS支持動態(tài)變化的時間需求。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益的效果是1.基于contract模型，能夠滿足用戶復(fù)雜的時間需求。2.通過資源預(yù)留和線上/線下可調(diào)度性分析保證系統(tǒng)的最小資源需求和可調(diào)度性。3.通過回收和重分配空閑處理器能力獲得較優(yōu)的資源利用率。4.用戶可以自由選擇最合適的調(diào)度算法來調(diào)度相應(yīng)的tasks。
文檔編號G06F9/50GK102306112SQ20111023020
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月11日
發(fā)明者張成碩, 李紅, 王旭陽, 陳浩杰, 顧宗華 申請人:浙江大學(xué)