[科普中国]-E代码

微核

软件实时系统的核心是一个微核，它的中断处理和任务调度是完全可编程的。微核由两个相互作用的虚拟机E(嵌入)机和S(程序调度)机构成。运行在微核上的系统代码分别进入E和S代码。E代码管理系统和物理环境的相互作用。E代码的执行由环境中断触发，它发送例如，信息或传感器值的到来等外部事件的信号，和应用任务给S机，S代码管理处理器和系统的相互作用，S代码的执行由硬件中断触发。它发送内部事件例如任务的执行过程和时间片的信号，并发送应用任务到CPU，有可能优先一个正在运行的任务，系统的这种划分使得实时执行过程的两个主要部分毫不相关，E代码依赖于环境时间，由此定义以独立硬件和独立调度程序方式的系统反应性。S代码依赖于CPU时间和定义一个系统调度程序，如果两者的时间线路是一致的话，那么这个代码就称为时间安全，时间安全的违背通过运行时间的异常由可编程的方式重新被处理。

E机由环境事件，例如通道信息的到来或传感器新值的到来，造成的外部中断所触发，一旦触发，E机跟随E代码指令做三件事：第一、运行一些处理传感器的驱动器，调节器，网络和其他设备；第二、释放一些用于执行的应用软件任务；第三、更新触发顺序，其中包括多对form(e,a)，表明了未来环境事件e将导致一个中断，它将触发具有可编程计数器的E机到E代码地址a，然后，E机返回到休眠状态并将CPU控制权让步于S机。

S机由E机或处理器事件，例如应用任务的完成或时间片的完成，造成的内部中断唤醒，一旦被触发，S机跟随S代码指令做三件事情:第一、监视处理器和存储管理，例如，上下文转换；第二、发送一个单一任务CPU，可能是一个应用软件任务和一个特别闲散任务；第三、规定多对form(i,a)表明未来处理程序事件i 将导致一个中断，这个中断触发具有编程计数器装置的S机到S代码地址a。总之，E机和S机构成了一个执行硬实时任务的可编程的微核。

E机是一台虚拟机，它实时地调节软件过程和物理过程之间的相互作用。它把嵌入程序的编辑分为两个阶段，第一，在独立于平台的编译程序阶段生成E代码(由E机执行的代码)；第二，依赖于平台的编译程序阶段检测E代码的时间安全。

E代码的非控制流指令E代码主要有三个非控制流指令，在E机实际运行中E代码也有控制流指令，例如条件或绝对突变。

(1)call(d)指令：初始化驱动器d，因为驱动器程序是同步系统级代码，在处理卜一指令前嵌入程序模式一直等待，直到驱动器d完成。

(2) schedule(t)指令：释放一个任务t进就绪队列，与其它释放任务并列，“调度”指令按照某种调度策略，从队列中选择任务执行。

(3) future(g, a)指令：在某一未来时间进行判断，激活触发器(g,a,s),若判断为真，触发执行地址a标记的嵌入代码模块;否则，处理下一条“嵌入”指令。

call( d)指令将激发驱动器d的二进制代码。E机等待直到d执行结束，接h来执行h一个指令。Schedule(t)指令通过将其插入到任务集的方式记录任务t的二进制代码。接着E机马上移向h一条指令。Future(g,a)指令记录在地址a的E代码用于将来当触发器g计算出来的下一个值为真时(可能)的执行。从操作上讲，E机将触发器(g,a,s)绑定到触发器序列中，其中s是当前程序的状态，然后接下来处理下一条指令。如果没有下一条指令，E机就会解除对CPU的控制并随着激活每一个事件来评估所有在触发器序列中的触发器。如果触发(g,a,s)绑定是有效的，就从触发器队列中移出，在地址a处的E代码被执行。其中的触发器g代表中断，在地址a的E代码代表中断处理器。

E代码的特征E代码是可预测的，可移植的硬实时代码，E代码是硬实时的，因为它和环境(物理)时间相关，而不是和平台(CPU)时间相关。E代码是可预测的，因为程序的计时和行为依赖于外部的输入，没有内在的竞争条件。E代码是可移植的，因为它独立于平台之外，特别是。这些特征结合在一起使得时间安全成为可能。

实例这是一个具有周期任务的实例，设一个装有导航装置的汽车，考虑汽车在自动模式m下，有两个任务，可能由Matlab/Simulink模型自动生成控制任务t1和行驶任务t2。行驶任务过程GPS每隔10ms输入并提供过程数据给控制任务。控制任务读取附加的传感器数据，计算控制法则，写结果到调节器。控制任务每20ms执行一次，数据通信需要三个驱动器：传感驱动器ds，它给行驶任务提供GPS数据，连接驱动器di，它把行驶任务的结果提供给控制任务；调节驱动器da，装载控制任务的结果到调节器中。只要驱动器的Wcet可以忽略，就可以用简单的方式处理数据。有两个环境端口即时钟端口Pc和GPS传感器Ps，两个任务端口，一个用于每个任务的结果，三个驱动器端口(三个驱动器的目的地)包括调节器Pa。

图1显示了程序的拓扑结构，其中，球形表示端口，用长方形表示任务，菱形表示驱动器，圆圈表示触发器。下面程序时间控制的E代码：

a1:call(da) a2: call(ds)

call(ds) schedule(t2)

call(di) future(g,a1)

schedule(t1)

schedule(t2)

future(g,a2)

E代码包含两块，在地址a1处的块在开始阶段即0ms处执行，它调用三个驱动器，为任务和调节器提供数据，然后传递两个任务到最终激活地址a:处的触发器。当这块完成后，E机的触发序列包含地址a2处的触发器，包含两个任务t1和t2。现在E机放弃了控制权，只是唤醒致使触发器g评定为真的下一次输入事件。与此同时，根据一些调度安排接管和分配CPU时间给在等待序列中的仟务。当仟务完成，把它从序列中移除。1