分布式实时系统的通信中间件设计与实现

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基金项目基金项目：：重庆市科技攻关计划基金资助项目(2009AB2244)

作者简介作者简介：：蒋建春(1975－)，男，副教授、博士研究生，主研方向：嵌入式系统软件，汽车电子；刘 涛，硕士研究生 收稿日期收稿日期：：2011-11-29 修回日期修回日期：：2012-03-09 E-mail ：Dreamliutao@

分布式实时系统的通信中间件分布式实时系统的通信中间件设计与设计与设计与实现实现

蒋建春1,2，刘 涛1

(1. 重庆邮电大学汽车电子与嵌入式系统研究所，重庆 400065；2. 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044) 摘 要：面向汽车电子的分布式实时系统通信中间件，须处理大量周期通信或非周期通信事件，并对时间有着严格的限制，不能有效进行通信时刻控制。为此，参考AUTOSAR 规范，从实时性保证与柔性配置管理角度出发，提出一种分布式实时应用的通信中间件。该通信中间件具有可重用性、可裁减性和可配置性，可应用于多种操作系统及硬件平台。通过通信中间件的运行示例分析，验证了该通信中间件的可行性。

关键词关键词：：分布式实时系统；中间件；实时性；柔性管理；调度机制；AUTOSAR 规范

Design and Realization of Communication Middleware

for Distributed Real-time System

JIANG Jian-chun 1,2, LIU Tao 1

(1. Institute of Automotive Electronic and Embedded System, Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing 400065, China;

2. Key Lab of Optoelectronic Technique and System of Ministry of Education, Chongqing University, Chongqing 400044, China)

【Abstract 】Facing to Distributed Real-time Systems(DRS) of automotive electronic, communication middleware must handle many aperiodic and periodic communication events under strict time requirements, they can not control communication time. This paper proposes a communication middleware of distributed real-time application referencing AUTOSAR standard by requirements of real-time and flexible configuration mechanism. It has reusability, tailorability and configurability, can hide the difference of communication protocols and be used to different operation system and platforms. Application case analysis of a communication middleware show its feasibility.

【Key words 】Distributed Real-time Systems(DRS); middleware; real-time; flexible management; scheduling mechanism; AUTOSAR standard DOI: 10.3969/j.issn.1000-3428.2012.21.066

计 算 机 工 程 Computer Engineering 第38卷 第21期

V ol.38 No.21 2012年11月

November 2012

·工程应用技术与实现工程应用技术与实现·· 文章编号文章编号：：1000—3428(2012)21—0249—04 文献标识码文献标识码：：A

中图分类号中图分类号：：TP391

1 概述

缩短系统开发生命周期(System Development Life Cycle, SDLC)并提高软件重用性是开发分布式实时系统软件过程中重要的关注点。通信中间件集中统一管理了大量有严格时间限制的周期或非周期通信事件，以其自身的复杂度换取了开发应用的便利，受到开发者及用户越来越多的青睐。通常采用的CORBA 中间件技术，作为一种抽象的规范定义并不限制具体的实施方案，为分布式应用提供了很好的互操作性、平台无关性、语言无关性。Mini CORBA 和Real-Time CORBA 规范由CORBA 裁剪而来，以便满足分布应用实时性需求及嵌入式环境需求。Mini CORBA 针对嵌入式应用中有限的资源环境(如CPU 处理能力、内存容量、功耗等)，裁减中间件动态分配以适应嵌入式应用，但并没有对实时性要求提供保障，应用于分布式实时系统中通信的可靠性大大降低。Real-Time CORBA 支持固定优先级的实时应用，提供对象调用操作端到端的可预测性，但是Real-Time CORBA 缺少在不同

DRS 间的端对端通信时间的柔性配置管理，不能有效进行通信时刻控制，同时其对象动态调用操作并不适用于嵌入式环境[1-2]。针对分布式实时系统的嵌入式环境应用，通信中间件必须具有通信实时性保证、通信时间柔性配置管理、以静态方式进行接口调用等特点。为此，本文参考汽车电子AUTOSAR 规范软件分层架构及通信服务的模块功能[3]，设计并实现了一种具有实时性保证、柔性配置管理，适用于汽车电子嵌入式系统的分布式实时应用的通信中间件，进行柔性配置后应用于通信实例中，并进行了运行分析。

2 总体架构设计

通信中间件是定义于应用程序和操作系统、硬件平台之间的一个中间层，是定义的一组较为完整的、标准的应用程序通信接口，以实现分布式网络中各节点的外部通信及应用程序之间的内部通信。欧洲汽车制造商和他们的一级供应商建立的AUTOSAR 规范，旨在促使软件架构由一系列相对独立的构件组成、借由统一接口及端口映射机制