Реферат «автомобильные Операционные Системы» По Операционным Системам (Иванько А. Ф.)

Автомобильные операционные системы

Бортовой компьютер, или онбордер, - аналог домашнего персонального компьютера, установленный в автомобиле и специально предназначенный для работы в машине. Онбордеры используются для автонавигации, соединения с интернетом, развлечения. Возможности онбордера объединяют функционал традиционных устройств узкого назначения (автомагнитол, навигаторов, DVD-плееров) с возможностями персонального компьютера.

Основным преимуществом автомобильного компьютера является функциональность. С использованием автомобильного компьютера отпадает необходимость в отдельной установке навигатора, парктроника, телевизора, DVD. Каждое из этих полезных устройств требует отдельное место для установки и управляется отдельно.

Кроме ставших уже стандартными автомобильных функций — (телевизор, GPS, DVD) - автомобильный компьютер позволяет использовать в дороге интернет и электронную почту, дигностирует электронику автомобиля, производит видеозапись дорожной ситуации, а также имеет множество других полезных функций. Автомобильный компьютер позволяет управлять режимами GPS — оперативно менять карты, использовать как векторные так и растровые карты.

Использование интернета позволяет отслеживать пробки на дорогах, слушать интернет-радио, просматривать видеоконференции, искать необходимую информацию вдали от дома или офиса. Автомобильный компьютер выполняет функцию антирадара (или подключается к имеющемуся).

Для любителей быстрой езды на автомагистралях и частых поездок по многокилометровым пробкам автомобильный компьютер может иметь функцию управления инжектором. Можно в режиме реального времени делать мощнее или, наоборот, уменьшать мощность автомобиля для понижения расхода топлива и реализации более плавного начала движения (для пробок) у мощных двигателей. 

История автомобильных компьютеров началась в 1981 году, когда компания IBM разработала первый бортовой компьютер для автомобилей BMW. Через 16 лет появился Apollo — прототип первого автомобильного компьютера, созданный корпорацией Microsoft, который так и остался прототипом. В 2000 году американская компания Tracer создала и протестировала первый штатный онбордер, и наладила серийное производство.

OSEK

Сегодня в мире существует целый ряд операционных систем (ОС), работающих в режиме реального времени. Однако создание высокоинтеллектуального автомобиля будущего, подключенного к компьютерной сети, требует построения стандартизированной платформы, осуществляющей управления всеми механизмами автомобиля, начиная с двигателя и заканчивая мультимедийной системой. Вопрос этот достаточно важный, поскольку, если ранее программному обеспечению автомобильных устройств требовалось максимум пяти, то на сегодня в некоторых моделях представительского класса число таких устройств может достигать сотни. Общая операционная система помогла бы сэкономить время разработчиков и уменьшить потребности в кодировании. Также немаловажным преимуществом введения единого стандарта на программное обеспечение для автомобилей является то, что это позволит повысить предсказуемость и безопасность такой системы в целом. Ряд европейских производителей, таких как BMW, Bosch, DaimlerChrysler, Siemens, Opel и Volkswagen, уже создали свою операционную систему под названием OSEK - Offene Systeme und deren Schnittstellen für die Elektronik in Kraftfahrzeugen или открытые системы и их интерфейсы для автомобильной электроники.

ОС OSEK прежде всего ориентирована на использование в автомобильных приложениях и поддерживает в настоящее время множество типов встраиваемых микроконтроллеров: HC08, HC12, 683XX, MCore, Motorola PowerPC .

Стандарт OSEK/VDX состоит из трех частей – стандарт для операционной системы (OS), коммуникационный стандарт (COM) и стандарт для сетевого менеджера (NM).  Объектами, с которыми оперирует ОС OSEK, являются задачи, события, ресурсы. Здесь также обеспечивается возможность управления ошибками и присутствуют средства пользовательских функций слежения за изменением состояний системы. 

ОС OSEK обеспечивает набор интерфейсов для пользователя. При этом интерфейсы используются сущностями, которые конкурируют за ресурс центрального процессора (ЦП). В ОС OSEK можно оперировать двумя типами сущностей - задачами и прерываниями. Здесь существует три уровня обработки: уровень прерываний, логический уровень планировщика и уровень задач (см. Рис 1). Использование механизма приоритетов позволяет выбирать задачу на исполнение в соответствии с присвоенным ей приоритетом.

Уровень задач

Задача в ОС OSEK может быть базовой или расширенной, вытесняемой или не вытесняемой. Для расширенной задачи характерна возможность состояния ожидания события, в то время как базовой задаче это несвойственно. Вытесняемая задача может быть вытеснена задачей более высокого приоритета или остановлена командой прерывания прерыванием. Не вытесняемая задача может быть вытеснена только с помощью прерывания

Такая концепция структурирования задач потребовала введения понятия класса соответствия с целью описания реализации ОС OSEK и ее системных сервисов. Так, определено четыре класса соответствия - два для базового соответствия и два для расширенного.  Реализации, которые соответствуют базовым классам, требуют использования только базовых задач, в то время как для расширенных классов нужны как расширенные, так и базовые задачи. Классы же определяют количество запросов на задачу и количество задач на один приоритет. Задача находится в одном из четырех состояний: 

• выполняется - задача использует ресурс ЦП;

• готова к выполнению – участвует в планировании и будет выбрана планировщиком на основании приоритетов и правил вытеснения;

• ожидает – задача ждет появления события;

• приостановлена – задача в пассивном состоянии и ждет активации.

Логический уровень планировщика

Планировщик также считается специальным ресурсом, который может быть захвачен задачами. Для защиты от инверсии приоритетов в OSEK реализован механизм наследования приоритетов. Согласно ему, задаче, захватившей ресурс, временно повышается приоритет, и никакие другие задачи, обращающиеся к данному ресурсу, не смогут выполняться до тех пор, пока ресурс захвачен. Все задачи с более высоким приоритетом, чем приоритет задачи, захватившей ресурс, продолжают участвовать в планировании. 

Уровень прерываний

ОС OSEK определяет два уровня управления прерываниями, которые различаются возможностями вызова системных сервисов. Прерывания первого уровня выполняются независимо от ОС очень быстро. Прерывания второго уровня обеспечивают выполнение функций приложений, которые содержат вызовы ОС.  Для синхронизации различных задач в ОС OSEK используются события. Любая задача, в том числе и базовая, может дать событие, но только собственник события может ожидать или снять его.

Windows Auto

На рынке присутствуют и другие операционные системы. Компания Microsoft предложила операционную систему Windows Auto (ак же ранее известная как Windows CE для автомобилей, Windows Automotive, и Windows Mobile для автомобилей), основанную на Windows CE. Она разработана подразделением  Microsoft Automotive Business, сформированным в августе 1995. Первый автомобильный продукт, созданный Microsoft Automotive Business, был представлен 4 декабря 1998 как AutoPC. В настоящий момент подразделение сосредоточило усилия на программной платформе, которая включает два продукта, Microsoft Auto и Windows Automotive.

Изначально Windows CE использовалась как встраиваемая ОС в Pocket PC. Адаптировать ее для использования в качестве автомобильной встраиваемой операционной системы было гораздо проще, чем ту же XP, так и было решено сделать. Поэтому Windows Automotive выглядит как "несколько урезанная" Windows CE, но, тем не менее, с ее ядром и базовыми функциями.

Обращает на себя внимание и большое число поддерживаемых ЦПУ. Версии с 2.12 по 4.2 поддерживают (у каждой конкретной версии этот список свой) более 300 моделей процессоров, в том числе от таких производителей, как AMD, Hitachi, Hynix, IBM, Intel, MIPS Technologies, Motorola, National Semiconductor, NEC, Samsung, SiS, Toshiba, Transmeta, VIA. Видно, что не все они даже относятся к семейству x86, есть и MIPS-процессоры, и PowerPC-процессоры, и еще более экзотические. Так что проблем совместимости нет.

Какие преимущества дает автомобилистам Win Automotive? Их несколько:

- беспроводной доступ к Интернету и множеству сетевых сервисов. Даже инженеры "Майкрософт" ставят эту возможность на первое место в ряду значимых для покупателя! 

- Hands-free связь внутри салона вашего автомобиля.

- Как в некотором роде следствие - голосовое управление системой.

-Специальные системы автонавигации, заранее предупреждающие о пробках

- Постоянное наблюдение за состоянием вашего автомобиля, его подсистем и отдельных узлов

-Защита от угона

Корпорация Toyota в числе прочих также использует платформу Windows Auto в своих навигационных системах и телематических устройствах G-Book, которые устанавливаются в ряде автомобилей. BMW, DaimlerChrysler и другие крупные европейские участники рынка объединились для совместной разработки новой операционной системы следующего поколения. Однако в текущих версиях автомобильного программного обеспечения разработчики используют стандарты Autosar и не сообщают об успехах в создании новой версии.

Jaspar

Сделан еще один шаг в направлении создания высокоинтеллектуального, подключенного к компьютерной сети автомобиля будущего. Десять японских автомобилестроителей объявили о разработке новой операционной системы, которая должна способствовать построению стандартной платформы, осуществляющей управление всеми механизмами автомобиля, начиная от двигателя и заканчивая системой развлечений.  Общая операционная система могла бы помочь сэкономить время разработчиков и уменьшить потребности в кодировании (одна только система управления двигателем включает в себя миллионы строк кода). Еще более важным представляется то, что она ускорит многолетний переход к созданию отраслевой "доменной" модели, которая пока имеет довольно смутные очертания. 

В соответствии с данной моделью набор доменов состоит из центральной 32-разрядной операционной системы и набора окружающих ее 16- и 8-разрядных микропроцессорных систем, отвечающих за управление трансмиссией, системами безопасности и развлекательным оборудованием. 

10 японских автомобилестроителей, в число которых входят компании Toyota, Honda и Nissan, рассчитывают создать общую операционную систему для автомобильной электроники в течение ближайших 10 лет.

В июне японский журнал Nikkei Electronics Asia опубликовал информацию о том, что специалисты компании Toyota и Центра встроенных компьютерных систем Университета Нагойи разработали для автомобильных терминалов ОС, поддерживающую работу систем навигации, телематических систем и оказывающую помощь в вождении. Новая ОС предназначена для автомобильных информационных систем и непосредственно связана с ОС, координирующей действия систем управления автомобилем. Обе ОС совместно используют общие микропроцессорные ресурсы.  В перспективе терминалы будут работать под управлением единого многоядерного процессора. В дальнейшем через группу JasPar планируется осуществлять передачу новой операционной системы и другим производителям.  Хотя проект по созданию новой ОС для японских автомобилестроителей и проект, реализуемый компанией Toyota совместно со специалистами университета Нагойи, выглядят весьма похожими, о возможности перерастания одного из них в другой ничего пока не говорится.  Совместный проект корпорации Toyota и университета Нагойи планируется завершить к 2010 году, в то время как новый альянс намерен выпустить прототип в 2009 году, а в следующем десятилетии уже выйти на рынок с готовым продуктом.