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介紹在集成開發環境中，通過OIL語言配置OSEK實時操作系統廈應用程序的過程，包括使用圖形化的用戶界面進行讀取、編輯、保存OIL文件以及自動生成代碼等功能的實現；利用XML技術和OIL語言解析器保證了OIL文件的可移植性、可擴展性和可重用性。 隨著汽車工業的快速發展，汽車對控制、通信、網絡管理等方面的要求越來越高，基于32位微控制器的硬件平臺、基于嵌入式實時操作系統的軟件平臺和基于CAN總線的網絡通信平臺逐漸成為當今汽車電子業的主流。 1 OSEK／VDX規范簡介 在嵌入式實時操作系統方面，為了滿足日益龐大、復雜的汽車電子控制軟件的開發需要，實現應用軟件的可移植性和不同廠商控制模塊間的可兼容性，1993年德國汽車工業界聯合推出了汽車電子的開放式系統及接口——OS-EK／VDX規范(以下簡稱“OSFK規范”)，旨在為汽車上的分布控制單元提供一個開放結構的工業標準。OSEK規范從實時操作系統(RTOS)、軟件接口、通信和網絡管理等方面對汽車電子控制軟件開發平臺作了較為全面的定義與規定。盡管該規范還處在不斷完善中，但它所提出的一整套解決方案將是未來汽車電子軟件開發的發展方向。 為了達到OSEK軟件可移植的目標，OSEK規范中定義了配置使用OSEK應用程序的方法——通用實現語言OIL。OSEK配置器就是使用圖形化的用戶接口，根據用戶需求配置OIL文件，并最終生成OSEK實時操作系統初始化代碼的工具。它是開發符合OSEK規范的實時操作系統的重要組成部分。 2 OSEK配置器的主要功能 OSEK應用程序的開發流程如圖1所示。用戶通過OSEK配置器根據軟硬件的需求，對操作系統的屬性和所有系統對象進行靜態配置。配置完成后，OSEK配置器生成符合OSEK規范的OIL配置文件，并進一步生成與操作系統相關的C代碼和頭文件，以提供OSEK實時操作系統初始化時必備的系統參數。為保證軟件的兼容性，OSEK配置器還能夠從外部直接讀取符合OSEK規范的OIL文件，完成生成OS靜態系統文件的過程。 用戶完成應用程序代碼編寫和OIL文件配置后，OSEK配置器所產生的代碼、操作系統的部分內核和應用程序一起交叉編譯，而其他操作系統內核代碼作為一個庫，被鏈接器整合在一起。本文主要研究通過OSEK配置器生成符合OSEK規范的OIL配置文件及靜態系統文件的過程(如圖1中虛線部分所示)。 3 OSEK配置器的實現 3．1 圖形用戶接口GUI的實現 OSEK應用程序的OIL語言描述包含一組OIL對象描述，分別是CPU、OS(操作系統)、APPMODE(應用程序模式)、ISR(中斷服務)、RESOURCE(資源)、TASK(任務)、COUNTER(計數器)、EVENT(事件)、ALARM(警報)、COM(通信子系統)、MESSAGE(消息)、IPDU(外部通信)和NM(網絡管理)。其中，CPU是其余OIL對象的容器。OIL為它的對象定義了標準類型，每一個對象都可以用一些屬性和參數來描述。 對于不同的OSEK實現，生成OIL配置文件的方法是不同的。由于用戶自己編寫OIL文件具有一定的復雜性，因此，在集成開發環境中帶有一個上下文相關幫助的、可視的圖形用戶接口GUI是非常必要的。在集成開發環境中，一個包含GUI的OSEK配置器需要包含以下組件： ◇一張遵循Windows Explorer格式的OSEK對象清單，用戶可以根據需要添加和刪除DIL對象； ◇一個圖表，用于顯示每個對象的屬性(包括標準屬性和與實現有關的屬性)，用戶可更改對象的屬性并且實時更新OIL文件； ◇一個用于記錄和顯示的窗口。 集成開發環境的OSEK配置器工作界面如圖2所示，其數據的管理和顯示采用XML技術來實現。 XML以一種開放的自我描述方式定義了數據結構，在描述數據內容的同時能突出對結構的描述，從而體現出數據之間的關系。它相當于一個容器，可用來存儲OSEK規范中OIL定義的各個對象。對每個OIL對象來說，其屬性和子屬性都包含不同的數據結構，可以通過XML樹型結構方便地表示出來；而對于同一類對象又包含相同的屬性和子屬性，可用相同的XML模板來表示。 由于XML技術可以很方便地存儲、描述和管理結構化的數據，并且有效地將數據和數據的顯示相分離，因此，在OSEK配置器中采用XML技術來實現OIL文件圖形用戶接口的配置，是非常方便和高效的。 3.2 利用XML技術配置OIL對象 基于XML的OSEK配置器，將OIL文件定義的屬性存放在初始化的XML模板文件中，并指定其默認值。當用戶添加、刪除OIL對象或者修改對象的屬性和參數時，可通過KML解析器實現用戶配置界面與XML文件的同步。其過程如圖3中虛線部分所示。 例如，用戶在配置一個OIL對象ALARM時，需要指定其3個屬性，分別是警報依附計時器COUNTER、警報動作ACTION以及是否自動啟動AU-TOSTART。其中，ACTION和AU-TOSTART又包含各自的子屬性，使用XML技術可以很方便地管理和修改這些數據。 通過GUI配置一個報警器的屬性如下：警報依附計時器counterA，采用自動啟動方式，且其初次響應時間和周期響應時間分別為30ms和20 ms。OS-EK配置器通過XML解析器將這些屬性值讀取出來，并保存在XML源文件alarm．xml中。以下是此XML文件的源代碼； 3.3 利用XSLT技術生成OIL文件 用戶配置的OIL信息通過GUI保存為XML文件后，利用XSLT技術生成符合OSEK規范的OIL配置文件。XSLT文檔本身是一個良掏的XML文檔，它被鏈接到需要轉換的XML文檔上，通過XSLT處理器實現對XML文檔的解析和轉換過程。XSLT轉換的過程如圖4中虛線部分所示。 例如3．2節中保存ALARM配置信息的文件alarm．xml，通過定義XSL樣式表文件xml20il．xsl將其轉換為標準的OIL文件。為了保證XSL文件的通用性，對輸入XML文檔每個層次的節點都設計一個框架模板tem-plate，即為OIL對象的每個屬性和部分子屬性定義框架模板。這樣，當OIL對象增加和刪除時，XSL文件都可以快速地完成轉換而不需要做任何修改。使用Microsoftmsxml 4．o作為：XSLT處理器，＜xsl：output method=”text”indent=”no”／＞定義轉換的輸出方式為文本格式。 轉換3．2節中。KML文件的部分關鍵源代碼如下： 3.4 讀取OIL配置文件和生成代碼 為了實現OIL文件的可移植性和可重用性，OSEK配置器還需要實現從外部直接讀取OIL文件(可由用戶手動編寫或其他OSEK實現生成)，并通過GUI顯示和修改屬性配置的功能。這個過程需要一個OIL語言解析器，通過解析器將OIL文件轉換成XML文件提供給GUI，并且生成與操作系統相關的C代碼和頭文件。本組件通過LEX和YACC語言開發OIL語言解析器。 3.4.1 利用ALEX和AYAGO構造解析器 Parser Generator是Windows環境下使用LEX和YACC語言開發編譯器的集成開發工具，包含了編譯程序構造工具ALEX和AYACC。ALEX和AYACC不僅可將LEX和YACC源程序轉換成C語言詞法和語法分析程序，還可以根據用戶需要產生C++和Java代碼的詞法和語法分析程序。 OIL語言解析器的解析過程包括詞法分析、語法分析、錯誤處理和目標代碼的生成。首先根據OIL文件規范中的對象和屬性值、語法規則編寫LEX和YACC源文件，通過ALEX和AYACC自動生成以C++語言為代碼的詞法分析類OilLexer和語法分析類OilParser，并且重載和添加一砦類成員函數；然后將這兩個類加入到VC工程中，實現程序的錯誤處理和自動代碼生成部分，從而開發出OIL語言解析器。整個解析器設計原理如圖5所示。 3.4.2 詞法分析類和語法分析類的設計 在詞法分析階段，掃描程序將OIL文件中的字符序列分解，去掉空格、換行等自字符，并把識別出來的各個單詞符號收集到記號(token)單元中。若在分析過程中發現詞法錯誤，則轉入錯誤處理程序。ALEX的輸入規則文檔Lexer.l包括以下3部分： ◆聲明部分。包含所需的頭文件及詞法分析類的定義。 ◆規則部分。定義正則表達式和OIL對象的關鍵字，然后添加對相應模式處理的C++語言源代碼，最后將token送給語法分析類OiiParser。例如： ◆程序部分。設計OIL掃描器時無需其他額外功能，因此為空。 在語法分析階段，語法分析程序從詞法分析類中獲取記號形式的源代碼，并完成定義OIL語言結構的語法分析。AYACC輸入規格文檔Parser．y也包括3部分：聲明部分、規則部分和程序部分。在聲明部分，包含OilParser類所需的頭文件以及聲明從詞法分析器返回的token記號。規則部分分析OIL文件的語法規則。OIL文件的語法遵循Backus-Naur范式(BNF)，對于每個OIL對象屬性的定義，其OIL實現類似于一個C結構定義。一個OIL文件由3個模塊組成：版本、執行定義和應用程序定義。用BNF范式可表示為： 執行定義包含了一個OSEK實現的所有屬性，這些屬性的數據類型和取值范圍可能是受限制的。因此在語義規則部分設置錯誤處理語句，對OIL對象屬性的數據類型和取值范圍進行檢查。ALEX和AYACC的特性，可使錯誤檢測簡單、直觀地實現，并且很容易和錯誤處理類集成，這對于從外部讀取OIL文件時進行語義判斷，保證OSEK配置器的兼容性有著重要的意義。 應用程序定義包含了一系列對象以及這些對象屬性的賦值，除了OS、COM和NM對象外，應用程序可以定義多個同一類型的對象。根據應用程序定義規則，完成形式文法規則以及對每條規則進行語義處理的C++語句。在處理語句中，根據GUI部分定義的XMI．模板格式(如圖4中的MPC．xml)，將得到的對象及其屬性值一一對應到XML的樹型結構中，從而完成OIL文件轉換為XML文件的過程。同樣，在處理語句中，根據操作系統中定義的接口將OIL對象及其屬性值提取出來，生成符合OSEK實時操作系統的API函數和數據結構，放在C代碼和頭文件中，從而完成整個代碼生成的過程。 4 結論 OSEK配置器的開發是OSEK實時操作系統中的重要組成部分。在開發過程中，利用XML技術方便管理和存儲數據的功能，實現了從可視化的GUI生成OIL文件的過程；利用OIL語言解析器的高教性和強大的出錯處理功能，實現了GUI從外部讀取OIL文件及代碼生成的過程，從而保證了OIL文件的可移植性、可擴展性和可重用性。此組件在集成開發環境中運行穩定，這在開發具有自主知識產權的OSEK實時操作系統中具有重要的意義。 |
