[發明專利]一種面向混核操作系統的串口虛擬化優化方法

有效

• 申請號: 202010485233.0
• 申請日: 2020-06-01
• 公開（公告）號: CN111638944B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 楊國青;程書意;李紅;徐貴洲;焦進星;弓羽箭
• 申請（專利權）人: 浙江大學;北京翼輝信息技術有限公司
• 主分類號: G06F9/455
• 分類號: G06F9/455;G06F9/4401
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 王琛

本發明公開了一種面向混核操作系統的串口虛擬化優化方法，通過在串口虛擬化配置空間新增一個可寫標志位，使得實時操作系統在進行打印輸出信息時，不需要等到虛擬IO后端驅動程序從配置空間的數據字段取出數據之后才能繼續運行，從而避免了實時操作系統串口輸出時同非實時操作系統的同步過程；在非實時操作系統從配置空間的數據字段取數據時，實時操作系統依然處于運行狀態，因此不會影響實時操作系統其他高優先級任務對底優先級打印輸出任務搶占，滿足系統的實時性。本發明串口虛擬化優化方法能夠顯著降低在混核操作系統環境中實時操作系統執行串口信息輸出時延的抖動，避免與非實時操作系統的同步，增強實時操作系統的實時性。

技術領域

本發明屬于計算機技術領域，具體涉及一種面向混核操作系統的串口虛擬化優化方法。

背景技術

隨著車載智能網聯汽車上的智能計算任務與傳統汽車相比具有更高的計算能力需求，但與車輛控制相關的任務又有很高的實時性要求，并且隨著車載信息系統的發展，越來越多的人機交互任務也被加入到車載系統中，而各種任務之間具有強偶爾性，傳統汽車電子所使用的車載計算體系結構并不能同時滿足上述各個任務的要求。因此，混核操作系統不僅可以滿足于滿足汽車控制系統的實時性要求，還可以滿足復雜應用和用戶交互的需求。

混核操作系統是指非實時操作系統和實時操作系統采用虛擬化的方式進行了混核，其中非實時操作系統一般為linux/android，主要面向于用戶交互操作；實時操作系統采用osek，用于滿足汽車控制系統的實時性要求，混核操作系統架構如圖1所示?；旌瞬僮飨到y中實時操作系統需要向串口打印調試信息，該調試信息可以通過非實時操作系統的相關軟件查看，可以采用基于半虛擬化的IO(輸入/輸出)設備虛擬化。

虛擬IO的工作流程如圖2所示，虛擬IO由三部分構成：前端驅動程序、后端驅動程序以及用于前后端進行信息傳輸的共享通道；虛擬IO協議提供了串口設備虛擬化工作方法。針對該設備，有兩種傳輸數據方式，分別是：通過寫入配置空間的數據字段和基于共享內存虛擬隊列的方式，采用寫入配置空間數據字段的方式更適用于嵌入式實時操作系統。虛擬IO串口虛擬化配置空間如下所示：

structvirtio_console_config{

le16?cols；

le16?rows；

le32?max_nr_ports；

le32?emerg_wr；

}；

其中，emerg_wr表示設備配置空間的數據字段。

在虛擬IO串口虛擬化中，位于實時操作系統的虛擬IO前端驅動通過寫配置空間的數據字段傳輸數據時會觸發異常，該異常由hypervisor捕獲，然后hypervisor通知位于非實時操作系統的虛擬IO后端驅動程序從設備配置空間的數據字段讀取數據，虛擬IO后端驅動程序取出數據并返回hypervisor，最后hypervisor再切換到實時操作系統。

當前虛擬化串口存在的問題是實時操作系統向串口虛擬化配置空間的數據字段寫入數據后，需要等待非實時操作系統從該數據字段取出數據，最后才由hypervisor恢復實時操作系統的運行，實時操作系統在打印串口信息時需要同非實時操作系統進行同步，導致實時操作系統的性能受到嚴重的影響。

發明內容

鑒于上述，本發明提出了一種面向混核操作系統的串口虛擬化優化方法，能夠解決由于虛擬IO前端驅動程序和虛擬IO后端驅動傳遞數據實時性較差，導致實時操作系統的運行受到嚴重影響的問題，增強實時操作系統基于虛擬IO的串口虛擬化的實時性。