嵌入式系统的创新：RTOS与MCU的协同运作

本文深入探讨Green Hills可靠的RTOS与意法半导体尖端MCU之间运用资源和协同运作，为何是开发者的最佳选择。
Green Hills Software为意法半导体的授权合作伙伴，开发出一套整合硬件与软件的解决方案，为嵌入式系统开发者提供显着的优势。此一创新平台结合了Green Hills Software μ-velOSity实时操作系统（RTOS）之高效能优势，以及意法半导体Stellar SR6车用微控制器（MCU）的先进功能及其微控制器抽象层软件。
可靠的RTOS与尖端MCU之间的协同运作对现代嵌入式解决方案至关重要。本文将深入探讨为何这种组合是开发者的最佳选择。


RTOS供货商与SoC制造商合作的价值
为确保无缝整合和优化效能，RTOS供货商与SoC制造商之间的紧密合作非常重要。

系统单芯片（SoC）制造商为汽车和工业自动化等领域提供客制化的解决方案。他们的微控制器（MCU）往往具有超越许多实时操作系统（RTOS）能力的先进功能，但却可能带来设定的挑战和兼容性的问题。意法半导体与Green Hills自2013年开始在RTOS与多个MCU系列整合上展开合作，两家公司决定结合各自技术的优势，大幅提升平台的效能。这项合作使μ-velOSity能够取得Stellar SR6 MCU最新硬件版本和文件的实时更新。

这种合作为客户创造了附加价值，并加速功能创新和稳定性。透过无缝整合意法半导体和Green Hills的资源，确保平台软硬件开发的协调一致，进而提升客户满意度。

开发者可以利用Stellar架构简化的左移测试，立即取得完全调校的生产级RTOS。MULTI整合开发环境（IDE）与Stellar Studio完全整合的开发工具，加速应用开发，同时简化除错过程。


平台的基础：Stellar SR6 MCU
这个整合解决方案的核心是功能强大且安全的Stellar SR6 MCU，专为现代软件定义汽车的严格要求而设计。


 
图一 : Stellar封装(编注:图小)

软件定义汽车的兴起，创造了对于更高效能、更高安全性和更严格安全标准的需求。意法半导体为软件定义汽车设计了一个MCU系列，Stellar MCU系列的运算能力相较上一代提升10倍。它包含专注于最高等级之安全性和保障功能。
Arm Cortex-R52+核心是可扩充和未来架构的基础，期提升了运算能力。而另有可扩充的内存和无线更新（OTA）功能、超实时数据路由加速器，以及确保无干扰的内建硬件虚拟化。意法半导体对车用微控制器的整合设计、测试和制造确保了架构优化，并成就了同类最佳的功耗表现。


完美搭配：μ-velOSity RTOS
到底是什么原因使μ-velOSity成为Stellar SR6 MCU的完美搭配？μ-velOSity实时操作系统具有独特的架构，其应用程序、中间件和驱动程序在核心之外执行。透过这种配置，μ-velOSity可以利用意法半导体Stellar SR6 MCU的内存保护单元提供内存保护。透过确保内存空间的隔离，为安全可靠的应用程序奠定了基础。经过适当配置后，每个组件都不会受到其他组件故障的影响（干扰隔离）。
Green Hills和意法半导体透过提供多种不同配置，提供出色的开箱即用体验：包括速度、尺寸和除错方面的优化，以及使用意法半导体MCAL软件的预认证样本BSP（符合ISO 26262 ASIL D标准）。μ-velOSity由大约2000行C程序代码和100条汇编语言指令所组成。软件的高可维护性和稳定性帮助客户充分利用SR6的长期可用性。
μ-velOSity操作系统配备具有优先级的抢占式排程器，使客户能够更轻松地享有Stellar SR6的效能，同时不减少安全性。例如，排程器可以防止优先级反转，并确保最关键的任务能够被优先执行。


安全BSP — 连接硬件与软件的桥梁
μ-velOSity板级支持套件（BSP）作为应用软件和实体硬件之间的桥梁，充当抽象化硬件细节的阶层。对于安全关键系统，此BSP经过精心设计，符合安全法规（如ISO 26262 ASIL D），包括防止故障的措施，类似于实时操作系统（RTOS）的需求。

BSP通常为特定硬件和特定使用情境而设计，有别于RTOS，它无法在特定使用情境之外进行认证。这意味着BSP会随附特定使用情境的证书和安全手册。BSP必须解决故障控制问题，其驱动程序需要采取适当行动来缓解系统性和随机的硬件和软件错误。为了降低风险，BSP还应充分利用硬件功能，如Stellar SR6提供的功能。

Stellar SR6主要的创新领域围绕在功能安全，并以四个主要主轴为基础：
● 首先，MCU的ASIL D架构，包括Cortex-R52+ CPU核心、互连和内存，经过精心设计以高标准满足ASIL D严格功能安全要求。
● 第二个安全主轴是硬件虚拟化支持，使虚拟机（VM）可以指派故障反应和复原，以及可根据故障类型分配的专用安全脚位。
● Stellar SR6 MCU安全创新的第三个主轴是复制通讯接口设备，使软件能够执行ASIL D等级的指令。
● 最后，确保最高等级的时间精确度是系统核心原则。这是透过执行ASIL D系统时间基准来达成的。这种高度可靠的计时机制能主动侦测并纠正任何计时偏差，以维持安全的规定。


协同运作在实际应用中的表现
意法半导体、Green Hills和Cetitec连手展现在实际软件定义汽车中结合技术的能力，包括两个软件组件：Cetitec网关和VConverter。
汽车产业目前正经历朝向车载软件定义网络（SDN）的典范转移。这一转变旨在建立高速、确定性和稳定的通讯骨干。这种骨干对支持日益增加的车辆功能至关重要，同时维持低延迟、无需大幅改变现有网络基础建设。在达到这一目标之前，需要弥合汽车特定协议（如CAN、LIN、FlexRay和I/O操作）与针对服务之世界之间的鸿沟，其中大部分通讯都是透过以太网络技术来进行。
Cetitec网关器具有高度配置性、功能丰富，并支持所有标准汽车的网络协议。经过多年的开发和维护，Cetitec网关已在实际应用中经过测试，可以轻松完成任务。其支持后期建置配置，能透过执行时更改的二进制文件修改配置。除了标准汽车协议外，它还支持所谓的应用总线，可轻松兼容于具体应用。
在这个案例中，它被调整为另一个Cetitec组件VConverter。VConverter是一个将汽车特定通讯协议与Green Hills应用生态系统连接的组件。


 
图二 : Stellar DME路由软件堆栈的架构图

在执行μ-velOSity的ARM Cortex-R52核心上，系统可以有效管理汽车通讯协议与Green Hills应用之间的连接，决定处理应该在内部进行还是对外公开。

VConverter执行的两个功能，包括：
● 第一个功能将选定的属性公开，为另一个核心或网络上完全不同节点的客户端。在这种情况下，协议独立于实际传输层。
● 第二个功能则透过简单的配置，使一个核心能够与另一个核心交换信息。执行Cetitec网关的数据管理引擎（DME）核心将向执行Green Hills μ-velOSity的核心提供信息。在这里，VConverter将向外部客户端公开所需信息。Cetitec网关将在DME核心（SR6的Cortex-M4）上执行，执行功能并卸除主核心（Cortex-R52）上执行的Green Hills μ-velOSity。

DME核心可用于特定功能或路由应用，为应用开发卸除主核心。VConverter可进行核心之间的通讯。该组件运作于执行μ-velOSity的R52核心和DME核心，使CEITEC网关能够与运行在μ-velOSity的应用程序进行有效通讯。它抽象化了DME的功能，因此在μ-velOSity内执行的应用程序不会察觉它们正在与DME交换信息。
这个解决方案利用Stellar SR6的多核心架构和μ-velOSity的效能，以及Cetitec的网络解决方案，完成高度可配置和高效网络之软件定义汽车的成功转型。