AutoSar-BSW：从计算机原理理解OS

目录

问题背景1：镁佳科技——OS+，中间件

问题背景2：基于AUTOSAR的CAN通信软件框架

问题提出：OS是怎么连接软硬件的？

ANS：操作系统OS的基本功能及实现方式

进程

虚拟内存

文件

问题背景1：镁佳科技——OS+，中间件

最近投简历的时候发现一家公司（镁佳科技），其定位在一众公司中非常独特且具体，它的业务方向是OS+，做车载操作系统的中间件开发。我对它的理解是，它既不开发应用级软件，也不开发整套的车载OS，而是基于现有的操作系统（Linux，Android，或者其他现有车载OS——AUTOSAR，FreeRTOS）进行“修补升级”，使其向下适配芯片特性（硬件加速器的使用方法和计算器的使用方法），向上适配车型特色要求。

参考链接：

1. 36氪独家 | 镁佳科技获1亿美元融资，庄莉：要做汽车软件超市，车企可以随时换掉我们
2. 镁佳科技庄莉对话前奥迪CTO：汽车软件是新生事物，但正在定义未来
3. 镁佳科技与NXP深度合作，成为NXP全球金牌合作伙伴

问题背景2：基于AUTOSAR的CAN通信软件框架

之前，通过 CAN通讯系列--AUTOSAR架构的CAN通讯5 - 知乎 了解到AUTOSAR架构的CAN接收的软件实现流程图如下图所示：

而在 基于 AUTOSAR 的汽车 CAN 通信软件开发中，了解到CAN 通信模块在上图中提到的 COM、PDU Router、CAN Interface 和CAN Driver 之外，还有OSEK OS 这一块贯穿了整个BSW层。

简单理解到，OSEK OS 是个静态的实时操作系统，主要为应用层软件提供服务，在 CAN 通信中为需要周期执行的函数提供服务。OSEK OS 位于系统服务层，操作系统需要直接操作下层硬件，贯穿了 ECU 抽象层和微控制器抽象层。

参考链接：

1. CAN通讯系列--AUTOSAR架构的CAN通讯5 - 知乎
2. 基于 AUTOSAR 的汽车 CAN 通信软件开发
3. CAN通信协议栈（一） 之框架 - 知乎
4. CAN通讯系列

问题提出：OS是怎么连接软硬件的？

基于以上2点的了解，想起了计算机原理课程里的线程等概念，借由《深入理解计算机系统》重新熟悉了下 OS作为软硬件连接桥梁的原理，整理如下。

ANS：操作系统OS的基本功能及实现方式

操作系统OS 有两个基本功能:

1. 防止硬件被应用程序滥用
2. 向应用程序提供统一接口调用硬件。

 操作系统是通过几个基本的抽象概念来实现这两个功能的：进程，虚拟内存，文件。其中：

• 文件，是对I/O设备的抽象表示
• 虚拟内存，是主存和磁盘IO设备的抽象表示
• 进程，是对处理器、主存和IO设备的抽象表示

进程

应用程序运行在OS上时，OS会提供一种假象，好像系统上只有这个程序在运行。

这个假象是通过进程的概念实现的。

进程是OS对正在运行的程序的一个抽象。

在一个系统上可以同时运行多个进程，每个进程都好像在独占地使用硬件，这种情况称为并发运行。但实际上，任何一个时刻，OS都只能执行一个进程的代码。

单核OS中，一个CPU看上去在并发地执行多个进程，这是通过处理器在进程间切换实现的。

而OS实现这种进程切换的机制，称为 上下文切换。

上下文是指，OS保持跟踪进程运行所需的所有状态信息，这种状态就是上下文context，比如PC和寄存器文件的当前值，以及主存的内容。

上下文切换时，OS会保存当前进程的上下文、回复新进程的上下文，然后将控制权传递到新进程。新进程就会从它上次停止的地方开始。

这个转换过程，是由OS的内核kernel管理的，内核是OS代码常驻主存的部分。注意，内核不是一个独立的进程，它是系统管理全部进程所用代码和数据结构的集合。当应用程序需要OS某些操作时，内核就会收到控制权，然后执行被请求的操作并返回应用程序。

一个进程，在现代系统中，可以由多个执行单元组成，称为线程。这些线程都运行在进程的上下文，共享同样的代码和全局数据。由于网络服务器中对并行处理的需求，线程成为越来越重要的编程模型，因为线程间共享上下文，相较于进程间更为高效。  当有多处理器的时候，多线程也可以使程序运行的更快。

并发vs并行

并发，通用的概念，指一个同时有多个活动的系统。

并行，是指用并发来使一个系统运行的更快。

并行的运用，在计算机系统中，存在于多个抽象层次中：线程级并行，指令集并行（每个时钟周期多条指令，尽管指令的时间远不止一个时钟周期能结束），单指令、多数据并行(处理影像，声音，视频数据)。

虚拟内存

虚拟内存是一个抽象概念，它为进程提供一种假象，即每个进程都在独占使用主存。每个进程看到的内存都是一致的，称为虚拟空间地址。

每个进程看到的虚拟空间地址，由大量准确定义的区构成，每个区有专门的功能。比如：

• 程序代码和数据（从固定地址开始的代码，和全局变量对应的数据位置），
• 运行时堆（动态空间，存放运行的代码数据，和用到的库），
• 共享库（存放类似C标准库，数学库），
• 用户栈（实现函数调用），
• 内核虚拟内存（为内核保留的，不允许应用程序读写，而是调用内核来执行操作）

虚拟内存的运作，需要硬件和操作系统软件之间精密复杂的交互，包括对处理器生成的每个地址的硬件翻译。基本思想是把一个进程虚拟内存的内容存储在磁盘上，然后主存作为磁盘的高速缓存。

文件

文件就是字节序列。每个IO设备，包括磁盘、键盘、显示器，甚至网络，都可以看成是文件。

系统中所有的输入输出，都是通过使用一小组称为UnixI/O的系统函数，调用读写文件来实现的。

文件向应用程序提供了一个统一的视图，来看待系统中各种各样的IO设备。

以上内容来自：《计算机网络》（第3版）机械工业出版社 P10-15

END