Automotive Embedded Systeme - Effizfientes Framework - Vom Design zur Implementierung

Vorwort

Inhaltsverzeichnis

Die Listings

Abbildungsverzeichnis

1 Einleitung

Teil I Bausteine eines Embedded Frameworks

2 Ein Infotainment-System

2.1 Die Headunit

2.1 Die Headunit

2.2 Geräte/Devices im System

2.3 Begriffsklärung: Was ist ein Framework

2.4 Fokus unserer Framework-Betrachtungen

3 Anforderungen an ein Embedded Automotive Framework

3.1 Verteilte Entwicklung

3.2 MVC, Organisationen

3.3 Speicheranforderungen

3.4 Startzeiten

3.5 Menüwechselzeiten

3.6 Konfiguration versus Dynamik

3.7 Datenfluss/Kontrollfluss/Zustandssteuerung

4 Betriebssysteme

4.1 Prozesse, Tasks, Threads

4.2 Der Scheduler

4.2.1 Präemptive Prioritätssteuerung

4.2.2 Round-Robin

4.2.3 Prioritäts-Inversion, Prioritäts-Vererbung

4.2.4 Task-Switch, Kontextwechsel

4.3 Zusammenspiel mit der MMU

5 Design-Rules und Konventionen

5.1 Namenskonventionen

5.2 Shared-Verzeichnisse, Libraries

5.3 Eigene Definitionen im Shared

5.3.1 Standard-Typen

5.3.2 Alignment

5.3.3 Little-Endian, Big-Endian

5.3.4 Zahlengrenzen

5.3.5 Const Definitionen

5.3.6 Eigene Assertions

5.3.7 Exceptions und Signale

5.3.8 Eigene Ausgaben

6 Speicherverwaltung

6.1 Statische Speicherverwaltung

6.2 Dynamische Speicherverwaltung

6.3 Start-Up-Strategien

6.4 Speicherbedarf und kleine Pittfalls

6.4.1 Welche Variable wo?

6.4.2 Alternative Strategie 1: Späte Konstruktion

6.4.3 Alternative Strategie 2: Späte Initialisierung

6.4.4 Alternative Strategie 3: Lokale statische Variablen

6.4.5 Speicherort von Konstanten

6.4.6 Speicherbedarf eines einfachen Objekts

6.4.7 Speicherbedarf eines einfachen Objekts mit virtueller Methode

6.4.8 Speicherbedarf eines Objekts einer abgeleiteten einfachen Klasse

6.4.9 Speicherbedarf eines Objekts einer abgeleiteten Klasse mit virtueller Methode

6.4.10 Speicherbedarf eines Objekts einer abgeleiteten Klasse mit virtueller Basis-Methode

6.4.11 Mehrfachvererbung und Pittfall

6.4.12 Speicherbedarf dynamischer Variablen

6.4.13 Schlechte Parameterübergabe

6.4.14 Probleme mit dem Kopierkonstruktor

6.4.15 Probleme mit dem Zuweisungsoperator

6.4.16 Schlechte Rückgaben

6.4.17 Padding-Probleme

6.4.18 Alignment-Probleme, Endian-Probleme

6.4.19 Speicherfragmentierung

6.4.20 Vektoren, STL

7 Embedded Speicherkonzepte, spezielle Muster

7.1 Statische Variablen

7.1.1 Reihenfolge der Konstruktoren

7.2 Quasi-statische Allokation aus festem Pufferspeicher

7.2.1 Anlegen eines statischen Puffers

7.2.2 Placement-new

7.2.3 Makros zur Allokation

7.3 Allokator

7.3.1 Statische Allokation

7.3.2 Dynamische Allokation mit temporärem Heap

7.3.3 Object-Pool-Allokation

7.4 Datencontainer

7.5 Gemeinsam benutzte Objekte (Shared-Objects)

7.6 Referenzzähler (reference counting)

7.7 Garbage-Collection

7.8 Die Captain-Oates Strategie

7.9 Speicherlimit

7.10 Partieller Fehler (Partial Failure)

7.11 Fazit

8 Prozesse und POSIX-Threads

8.1 Prozesse

8.1.1 Der Lebenszyklus eines Prozesses

8.1.2 Prozesszustände

8.1.3 Zombies

8.1.4 Bestandteile

8.1.5 Prozess mit fork erzeugen

8.1.6 Prozess mit exec erzeugen

8.1.7 Prozess mit spawn erzeugen

8.1.8 Prozessvererbung

8.1.9 Prozessattribute

8.1.10 Über Prozessgrenzen hinweg

8.2 Threads

8.2.1 Erzeugung von POSIX-Threads

8.2.2 Allgemeine Gestaltung eines Threads in eingebetteten Anwendungen

8.2.3 Thread-Attribute

8.2.4 Über Threadgrenzen hinweg

8.2.5 Thread-spezifische Daten

8.2.6 Thread-Träger und Thread-Objekte

8.3 Designentscheidung

9 Inter-Prozess-Kommunikationskanäle, IPC

9.1 Pipe

9.2 FIFO, Named-Pipe

9.3 Socket, local

9.4 Socket-Verbindung zwischen Prozessoren

9.5 Message-Queues

9.5.1 System V Message-Queues

9.5.2 POSIX Message-Queues

9.6 QNX-Message

9.7 Shared-Memory

9.8 Shared-Memory gegen Überschreiben sch utzen

9.9 Zeitverhalten

9.10 Designentscheidung und prinzipielle Implementierung

10 Gemeinsame Nutzung von Code

10.1 DLLs

10.2 Shared-Code

10.3 Designentscheidung und prinzipielle Implementierung

11 Synchronisierungsmechanismen für Prozesse und Threads

11.1 Semaphore

11.2 Unbenannter Semaphor

11.3 Benannter Semaphor

11.4 Mutex, rekursiver Mutex

11.5 Mutex-Guard

11.6 Signale

11.7 Bedingungsvariablen (Condition Variables)

11.8 Zeitverhalten

11.9 Deadlock, Livelock und Prioritätsinversion

11.10 Zusammenfassung

12 Kommunikation per Events

12.1 Wichtige Event-Typen

12.1.1 Signal-Events

12.1.2 Events mit Cookies

12.1.3 Call-Events

12.1.4 Timer-Events

12.1.5 Change-Events (Notifikation - Das Hollywood-Prinzip)

12.2 Realisierungen von Events

12.2.1 Einfache Events

12.2.2 C-Strukturen

12.2.3 Funktionszeiger

12.2.4 Event-Klassen und Objekte

12.2.5 Zeiger auf Event-Objekte verschicken

12.2.6 Events am Beispiel von MOST

12.3 Designentscheidung und prinzipielle Implementierung

13 Event-Verarbeitung

13.1 Queues

13.1.1 Externe Queue

13.1.2 Interne Queue

13.1.3 System-Queue

13.1.4 Queue mit verbesserter Inversions-Eigenschaft

13.2 Dispatcher

13.2.1 Der System-Dispatcher

13.2.2 Der lokale Dispatcher

13.2.3 Signalisation im Dispatcher

13.2.4 Registrierung im Dispatcher

13.3 Synchrone Events

14 Zustandsautomaten

14.1 Motivation

14.2 Kommunikation

14.3 Automaten

14.4 Statechart-Elemente

14.5 Probleme mit Statecharts und Ersatzl osungen

14.6 Implementierung dynamischen Verhaltens

14.6.1 Definition der Events

14.6.2 Implementierung der Aktionen

14.7 Implementierung der Statecharts

14.7.1 Implementierung durch Aufzählung für Zustände und Unterzustände

14.7.2 Zustandsmuster (State-Pattern)

14.7.3 Verbesserte Aufzählungsmethode

14.8 Implementierung nach Samek

15 Externer Kommunikationskanal: MOST-Bus

15.1 Der synchrone Kanal

15.2 Der asynchrone Kanal

15.3 Der Kontrollkanal

15.4 Geräte/Devices im Framework

15.4.1 Logische Geräte, Modelle

15.4.2 Methoden

15.4.3 Properties

15.4.4 MOST-Adressierung

15.4.5 Adressierungsbeispiele

15.4.6 MOST-Events, prinzipielle Dekodierung des Headers

15.4.7 MOST-Events, prinzipielle Dekodierung der Daten

15.4.8 MOST-Konstanten

15.4.9 MOST-Probleme

Teil II Das Framework

16 Das Framework

17 OS-Grundmechanismen

18 Komponentenarchitektur

18.1 Event-Handler und Event-Formate

18.2 Implementierung von Schnittstellen, Proxy und Handler

18.3 Komponentenarchitektur

18.3.1 Komponentenkontext und Daten im Shared-Memory

18.3.2 Erzeugung der Kontexte

18.3.3 Main-/Admin-Task

18.3.4 Signale, Mechanismen über den Kontext

18.3.5 Komponenten-Dispatcher

18.3.6 Softtimer und Timer-Manager

18.3.7 Registrierung

18.3.8 Die Basisklasse AComponentBase und das Zusammenspiel mit der Umgebung

18.4 Zusammenfassung

19 Main-Dispatcher-Komponente

19.1 Dispatcher-Receiver

19.2 Dispatcher-Main-Thread

20 Modell-Komponenten, logische Geräte

20.1 Aufgaben des logischen Geräts

20.2 Was erwartet die HMI von einem logischen Gerät?

20.3 Zustände des Geräts

20.4 Gültigkeit der Daten

20.5 Kommunikationsanforderung

20.6 Struktur eines logischen Geräts

20.7 Datencontainer versus Event-Prinzip

20.8 Architektur eines Datencontainers

20.8.1 Struktur des Datencontainers

20.8.2 Lesezugriffe der HMI

20.8.3 Versenden eines HMI-Befehls

20.8.4 Menge der erlaubten High-Level-Aktionen

20.8.5 Abstrakte Klasse ADataContainerAccessor

20.9 MOST-Codec

20.9.1 Vorbereitung

20.9.2 Einfache Implementierung eines MOST-Decoders

20.9.3 Objektorientierter Ansatz

20.9.4 Objekte zur Kompilierzeit

20.9.5 Konstante Objekte zur Dekodierung der MOST-Nachrichten

20.10 Zusammenfassung

21 HMI-Komponente

22 Persistenz-Controller und On/Off-Konzepte

23 Codegenerierung

23.1 Erstellen der XML-Eingabe-Dateien

23.2 Erzeugen des Quellcodes

23.3 Übersicht der erzeugten Dateien

23.4 Übersetzen des Quellcodes

24 Sonstige Aspekte

24.1 Internes non-MOST-Device, Beispiel Mediaplayer

24.2 Internes MOST-Device, Beispiel Tastatur

24.3 Treiber im Framework

24.4 Einfaches Debugging-Konzept

24.5 Überlastverhalten des Systems

24.6 Anmerkungen zur Komplexität und zum Testing

25 Anhang

25.1 Timer und Zeitmessung

25.1.2 Timeout

25.2 Socket

25.2.1 InetAddr

25.2.2 CSockAcceptor

25.2.3 CSockConnector

25.2.4 CSockStream

25.3 Keyboard

25.4 Shared-Memory

25.5 CBinarySemaphore

25.6 Extern const

Literatur

Index