ETAS推出Time-Triggered Scheduling (TTS)的確定性調(diào)度解決方案

前言

在2024年2月26日，ETAS推出了名為“Time-Triggered Scheduling (TTS)”的確定性調(diào)度解決方案。這項(xiàng)技術(shù)旨在改變汽車行業(yè)中的軟件工作負(fù)載管理方式。隨著汽車行業(yè)向軟件定義車輛（SDV）的轉(zhuǎn)變，軟件組件數(shù)量不斷增加，依賴關(guān)系變得復(fù)雜，底層硬件資源也多樣化。特別是在集成了系統(tǒng)級芯片（SoC）的電子控制單元（ECU）和高級駕駛輔助系統(tǒng)（AD/ADAS）的開發(fā)中。

Time-Triggered Scheduling (TTS)

Time-Triggered Scheduling (TTS) 中間件是為多核 SOC 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，它提供了一種時(shí)間確定性的調(diào)度方法。這種調(diào)度方法能夠確保系統(tǒng)的行為和響應(yīng)時(shí)間是可預(yù)測的，這對于需要高度精確和實(shí)時(shí)響應(yīng)的復(fù)雜系統(tǒng)至關(guān)重要，通過預(yù)先定義任務(wù)的執(zhí)行計(jì)劃，TTS能夠有效地管理多核處理器中對共享資源的訪問，從而減少因資源競爭導(dǎo)致的延遲和不確定性，提升系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能和整體可靠性。這項(xiàng)技術(shù)的引入將有助于更好地滿足未來汽車系統(tǒng)對性能、可靠性和安全性的需求。

智能汽車軟件的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

智能汽車中的應(yīng)用程序數(shù)量和同時(shí)運(yùn)行的任務(wù)數(shù)取決于車輛的具體軟件架構(gòu)和硬件能力。目前，智能汽車的軟件架構(gòu)正逐步向服務(wù)導(dǎo)向架構(gòu)（SOA）演進(jìn)，這意味著軟件和算法成為車企競爭的核心要素。例如，一些高級的智能汽車平臺(tái)可能集成了多達(dá)數(shù)百個(gè)應(yīng)用程序，同時(shí)運(yùn)行多個(gè)任務(wù)以支持復(fù)雜的功能，如自動(dòng)駕駛、智能座艙管理、娛樂系統(tǒng)等。

1.1什么是確定性調(diào)度？

確定性調(diào)度是指在操作系統(tǒng)中，任務(wù)或任務(wù)鏈按照預(yù)定的時(shí)間和順序執(zhí)行，以確保系統(tǒng)行為的可預(yù)測性。

雖然Linux系統(tǒng)本身不是一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，但它可以通過實(shí)時(shí)調(diào)度策略來增強(qiáng)任務(wù)的確定性執(zhí)行。這意味著，即使在非實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，也可以通過特定的調(diào)度策略來提高系統(tǒng)對任務(wù)執(zhí)行時(shí)間的控制。

實(shí)時(shí)系統(tǒng)與非實(shí)時(shí)系統(tǒng)的主要區(qū)別在于，實(shí)時(shí)系統(tǒng)能夠提供更強(qiáng)的時(shí)間保證和更高的確定性。

時(shí)間的確定性：

在嵌入式系統(tǒng)中，時(shí)間的確定性是指系統(tǒng)能夠保證在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成特定的任務(wù)。這是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）的一個(gè)重要特性，它可以分為硬實(shí)時(shí)和軟實(shí)時(shí)兩種類型。

硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)：

硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)要求在嚴(yán)格的時(shí)間限制內(nèi)必須完成操作，任何超時(shí)都是不允許的。這種類型的系統(tǒng)通常用于關(guān)鍵任務(wù)，如飛行控制系統(tǒng)或醫(yī)療設(shè)備，其中任何延遲都可能導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)：

相比之下，軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)對完成任務(wù)的時(shí)間要求較為寬松，允許一定程度的延遲。這類系統(tǒng)通常用于多媒體應(yīng)用等領(lǐng)域，其中一些小的延遲不會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。

基于時(shí)間的確定性調(diào)度：

軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)可能無法提供同樣的時(shí)間保證，但通過實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)度策略，可以在一定程度上提高確定性調(diào)度的吞吐量。換句話說，確定性調(diào)度并不會(huì)將Linux轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)時(shí)系統(tǒng)，但通過實(shí)時(shí)系統(tǒng)提供的調(diào)度機(jī)制可以提高Linux中任務(wù)執(zhí)行的時(shí)間確定性，從而在特定應(yīng)用中提升系統(tǒng)的整體性能。

1.2確定性調(diào)度的重要性和面臨的挑戰(zhàn)

確定性調(diào)度是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一種關(guān)鍵技術(shù)，它通過精確控制任務(wù)執(zhí)行的時(shí)間和順序，來確保系統(tǒng)的可預(yù)測性和穩(wěn)定性。汽車行業(yè)面臨著一系列前所未有的挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)包括：

任務(wù)執(zhí)行的可預(yù)測性：確定性調(diào)度確保系統(tǒng)中的任務(wù)能夠按照預(yù)定的時(shí)間和順序執(zhí)行，這對于實(shí)時(shí)系統(tǒng)至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈兺ǔＰ枰趪?yán)格的時(shí)間限制內(nèi)響應(yīng)外部事件。

系統(tǒng)穩(wěn)定性：通過確保任務(wù)按照既定的計(jì)劃執(zhí)行，確定性調(diào)度有助于維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性，尤其是在軟件迭代和集成過程中，這有助于減少因任務(wù)沖突或資源爭用導(dǎo)致的不穩(wěn)定性。

周期性任務(wù)的管理：在AD/ADAS系統(tǒng)中，如傳感器數(shù)據(jù)采集等周期性任務(wù)需要準(zhǔn)確而靈活地執(zhí)行，確定性調(diào)度可以協(xié)調(diào)這些周期性任務(wù)，確保它們按時(shí)完成。

計(jì)算結(jié)果的時(shí)效性：例如，基于融合后數(shù)據(jù)的路徑規(guī)劃需要在特定時(shí)間內(nèi)完成，確定性調(diào)度可以保證這些計(jì)算任務(wù)及時(shí)執(zhí)行，以滿足系統(tǒng)對時(shí)間的嚴(yán)格要求。

偶發(fā)任務(wù)的處理：確定性調(diào)度允許系統(tǒng)在不影響核心任務(wù)的情況下，及時(shí)處理如異常情況等偶發(fā)任務(wù)。

任務(wù)執(zhí)行順序：在多團(tuán)隊(duì)開發(fā)環(huán)境中，不同團(tuán)隊(duì)開發(fā)的算法任務(wù)可能存在依賴關(guān)系，確定性調(diào)度有助于協(xié)調(diào)這些任務(wù)的執(zhí)行順序，降低同步和協(xié)調(diào)的復(fù)雜性。

算法復(fù)雜度：數(shù)據(jù)采集、融合、規(guī)控等算法不僅復(fù)雜，而且更新迭代速度快，通常涉及多個(gè)開發(fā)團(tuán)隊(duì)。

性能監(jiān)控：確定性調(diào)度提供了一種方案來監(jiān)控核心任務(wù)的執(zhí)行情況和測量任務(wù)的性能，這對于優(yōu)化系統(tǒng)性能和確保質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。

在信息娛樂系統(tǒng)（IVI）或車身控制系統(tǒng)中，確定性調(diào)度同樣重要，因?yàn)樗鼌f(xié)調(diào)了如數(shù)字信號處理器（DSP）和SoC之間的數(shù)據(jù)處理任務(wù)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸和處理。

基于SoC的ECU開發(fā)要求開發(fā)者在保證算法復(fù)雜度和迭代速度的同時(shí)，還要管理好任務(wù)的穩(wěn)定性、時(shí)效性和執(zhí)行順序，確保系統(tǒng)整體的高性能和可靠性。這需要一套綜合的任務(wù)調(diào)度和性能監(jiān)控機(jī)制，以適應(yīng)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的高安全和實(shí)時(shí)性要求。

1.3ETASTTS確定性調(diào)度如何解決這些問題

確定性調(diào)度的范圍涵蓋了多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域，以確保復(fù)雜系統(tǒng)中任務(wù)的準(zhǔn)時(shí)執(zhí)行和資源的有效管理。以下是清晰的描述：

1.基于時(shí)間觸發(fā)任務(wù)調(diào)度：

周期任務(wù)和浮動(dòng)任務(wù)激活窗口：TTS確保周期性任務(wù)在預(yù)定的時(shí)間窗口內(nèi)激活，同時(shí)為非周期性任務(wù)提供靈活的激活機(jī)制。

CPU資源（時(shí)間片）管理：通過分配固定的時(shí)間片，TTS允許任務(wù)在指定的CPU資源上運(yùn)行，優(yōu)化處理器的使用。

執(zhí)行時(shí)間監(jiān)控：TTS監(jiān)控任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間，確保它們不會(huì)超出預(yù)定的時(shí)間限制。

性能測量：開發(fā)者可以選擇性地測量任務(wù)的性能，以評估系統(tǒng)的效率和響應(yīng)速度。

2.基于數(shù)據(jù)觸發(fā)任務(wù)、任務(wù)鏈調(diào)度：

任務(wù)依賴鏈和協(xié)調(diào)同步：TTS管理任務(wù)之間的依賴關(guān)系，并確保它們按照正確的順序同步執(zhí)行。

CPU資源和數(shù)據(jù)內(nèi)存共享：TTS允許任務(wù)共享CPU和內(nèi)存資源，同時(shí)管理這些資源的訪問，防止沖突。

依賴鏈時(shí)間監(jiān)控：TTS監(jiān)控依賴鏈中各任務(wù)的時(shí)間，確保整個(gè)鏈的流暢運(yùn)行。

3.基于事件觸發(fā)任務(wù)、任務(wù)鏈調(diào)度：

零星事件處理：TTS支持對非周期性事件的及時(shí)響應(yīng)，如傳感器輸入或用戶交互。

事件處理任務(wù)鏈：任務(wù)鏈中的任務(wù)按照事件觸發(fā)進(jìn)行調(diào)度，確保系統(tǒng)的反應(yīng)能力。

CPU最佳利用：通過精確的時(shí)間控制，減少系統(tǒng)中的不確定性，確保數(shù)據(jù)傳輸和處理的及時(shí)性。

任務(wù)、任務(wù)鏈deadline：TTS管理任務(wù)的截止時(shí)間，確保任務(wù)按照既定的性能標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行。

4.調(diào)度表切換：

多模系統(tǒng)：TTS支持在不同模式下切換調(diào)度表，適應(yīng)多變的系統(tǒng)需求，提高了中間件的靈活性。

5.可視化調(diào)度工具：

系統(tǒng)資源預(yù)測：TTS提供工具，如可視化調(diào)度工具，幫助開發(fā)者更好地理解和管理任務(wù)調(diào)度。

6.日志查看過濾工具：

DltViewer：集成了DltViewer，這是一個(gè)用于遠(yuǎn)程日志查看和分析的工具，增強(qiáng)了用戶的日志管理能力。

ETAS TTS確定性調(diào)度通過這些功能的集成，成為了一個(gè)高度可配置、可監(jiān)控和性能優(yōu)化的中間件解決方案，為軟件定義車輛的開發(fā)和運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的支持。

ETAS確定性調(diào)度中間件—TTS

Time-Triggered Scheduling (TTS)中間件，專為復(fù)雜的多核心系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以確保智能駕駛系統(tǒng)的任務(wù)能夠得到有效的全局編排和調(diào)度。這種中間件通過時(shí)間觸發(fā)、數(shù)據(jù)觸發(fā)和事件觸發(fā)的機(jī)制，為智能駕駛系統(tǒng)提供了一個(gè)可靠和確定性的運(yùn)行環(huán)境，為關(guān)鍵任務(wù)鏈提供了確定性的計(jì)算、通信和端到端的時(shí)延保證。它支持多種場景和任務(wù)組合，能夠?yàn)槎嗪薙oC的系統(tǒng)提供整體規(guī)劃，確保任務(wù)的確定性執(zhí)行。這對于確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能至關(guān)重要，特別是在需要高度安全和實(shí)時(shí)響應(yīng)的智能駕駛應(yīng)用中。

Time-Triggered Scheduling (TTS) 確定性調(diào)度系統(tǒng)是為高度復(fù)雜和實(shí)時(shí)性要求嚴(yán)格的環(huán)境設(shè)計(jì)的，它通過一系列精細(xì)的機(jī)制確保任務(wù)的及時(shí)執(zhí)行和資源的高效管理。

以下是TTS系統(tǒng)關(guān)鍵特性的概述：

任務(wù)調(diào)度：TTS為周期性和非周期性任務(wù)提供了精確的激活窗口，確保它們在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)啟動(dòng)。

資源分配：通過固定時(shí)間片的分配，TTS優(yōu)化了CPU資源的使用，提高了處理器效率。

執(zhí)行監(jiān)控：TTS嚴(yán)格監(jiān)控任務(wù)執(zhí)行時(shí)間，防止任何任務(wù)超出其預(yù)定的時(shí)間限制。

性能評估：開發(fā)者可以測量任務(wù)性能，以評估和優(yōu)化系統(tǒng)效率。

依賴管理：TTS協(xié)調(diào)任務(wù)之間的依賴關(guān)系，確保按正確順序同步執(zhí)行。

資源共享：TTS管理CPU和內(nèi)存資源的共享，任務(wù)時(shí)間片共享，避免資源訪問沖突。

多模式支持：TTS適應(yīng)不同系統(tǒng)模式下的調(diào)度需求，增加了系統(tǒng)的靈活性。

預(yù)測與記錄：TTS預(yù)測資源需求并進(jìn)行日志記錄，便于后續(xù)的問題追蹤和性能分析。

調(diào)度靈活性：TTS支持調(diào)度表的動(dòng)態(tài)切換任務(wù)調(diào)度，提高了調(diào)度的靈活性。

可視化工具：TTS提供可視化調(diào)度工具和DltViewer，幫助開發(fā)者更好地理解和管理任務(wù)調(diào)度。

ETAS TTS中間件是一個(gè)多功能的實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)，它通過時(shí)間觸發(fā)、數(shù)據(jù)觸發(fā)和事件觸發(fā)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了任務(wù)的精確調(diào)度和性能監(jiān)控。這個(gè)系統(tǒng)不僅提高了任務(wù)執(zhí)行的效率和準(zhǔn)確性，還通過其靈活的調(diào)度策略，確保了系統(tǒng)的高度可靠性和韌性。

通常情況下，TTS中不管是基于時(shí)間觸發(fā)的任務(wù)調(diào)度還是基于數(shù)據(jù)觸發(fā)的任務(wù)和任務(wù)鏈調(diào)度，面向的任務(wù)都是周期性任務(wù)。

在運(yùn)行時(shí)處理任務(wù)動(dòng)態(tài)性的挑戰(zhàn)以及調(diào)度的關(guān)鍵點(diǎn)，如激活窗口設(shè)計(jì)和支持多模式系統(tǒng)，通?？梢钥梢愿爬?strong>時(shí)間觸發(fā)和非時(shí)間觸發(fā)。

非時(shí)間觸發(fā)（如固定優(yōu)先級或最早截止日期優(yōu)先）：可能會(huì)導(dǎo)致所有其他任務(wù)的執(zhí)行發(fā)生變化，從而改變整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)。這種調(diào)度方式在處理突發(fā)事件時(shí)具有靈活性，但也可能引入不確定性，因?yàn)槿蝿?wù)的執(zhí)行受到其他任務(wù)和系統(tǒng)狀態(tài)的影響。

時(shí)間觸發(fā): 保持所有其他任務(wù)的執(zhí)行不變，不會(huì)引起系統(tǒng)狀態(tài)的變化。這種調(diào)度策略按照預(yù)定的時(shí)間表執(zhí)行任務(wù)，提供了更高的確定性和可預(yù)測性。它適用于那些需要嚴(yán)格時(shí)間控制的應(yīng)用，如工業(yè)控制系統(tǒng)或安全關(guān)鍵的應(yīng)用。時(shí)間觸發(fā)調(diào)度通過固定的激活窗口和對多模式系統(tǒng)的支持，為系統(tǒng)提供了穩(wěn)定和可靠的任務(wù)執(zhí)行環(huán)境。

2.1基于時(shí)間觸發(fā)的任務(wù)調(diào)度

TTS的時(shí)間觸發(fā)任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)，它通過浮動(dòng)窗口激活周期性任務(wù)，并為這些任務(wù)分配時(shí)間片，確保它們在指定的時(shí)間內(nèi)得到執(zhí)行。這種調(diào)度方式采用動(dòng)態(tài)優(yōu)先級和FIFO（先進(jìn)先出）策略，以及對任務(wù)執(zhí)行的嚴(yán)格監(jiān)控，確保關(guān)鍵任務(wù)在截止時(shí)間前被激活并釋放CPU資源給其他任務(wù)。此外，系統(tǒng)支持多模式操作，允許在不同的核心上調(diào)度同一進(jìn)程（SWC）的Runnable，以及通過線程池為Runnable分配線程，并提供性能測量接口。

基于時(shí)間觸發(fā)的任務(wù)調(diào)度可以實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：

1.周期任務(wù)動(dòng)態(tài)激活窗口：通過精確的激活時(shí)間窗口，確保系統(tǒng)中的周期性任務(wù)既能按照預(yù)定的時(shí)間表執(zhí)行又有一定的靈活性，從而維護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.核心任務(wù)資源保障：即使增加新的軟件模塊，也不會(huì)影響已有的核心功能模塊的運(yùn)行狀態(tài)。這意味著核心任務(wù)的資源分配和執(zhí)行不會(huì)受到其他任務(wù)的干擾。

3.任務(wù)執(zhí)行監(jiān)控：對任務(wù)的執(zhí)行進(jìn)行監(jiān)控，確保任務(wù)按照預(yù)期執(zhí)行。如果任務(wù)執(zhí)行超出預(yù)期，錯(cuò)誤處理模塊將及時(shí)上報(bào)異常。

4.性能測量通道：為開發(fā)者提供任務(wù)性能測量的通道，以便評估任務(wù)的執(zhí)行效率和性能。

5.快速集成：這種調(diào)度策略可以快速集成到已開發(fā)的軟件系統(tǒng)中，為系統(tǒng)提供更高的可靠性和實(shí)時(shí)性。

TTS（Time-Triggered Scheduling）的核心功能之一是為POSIX系統(tǒng)提供穩(wěn)定和可預(yù)測的任務(wù)執(zhí)行環(huán)境，確保任務(wù)的確定性執(zhí)行，同時(shí)提供了靈活性和可擴(kuò)展性，以適應(yīng)不同的系統(tǒng)需求和運(yùn)行模式。以下是其關(guān)鍵特性：

浮動(dòng)窗口激活周期任務(wù)：通過動(dòng)態(tài)調(diào)整任務(wù)的激活窗口，TTS確保即使在系統(tǒng)負(fù)載變化的情況下，周期性任務(wù)也能夠穩(wěn)定執(zhí)行，增強(qiáng)了系統(tǒng)的韌性。

任務(wù)分配時(shí)間片：每個(gè)任務(wù)都被分配了一個(gè)時(shí)間片，確保它在指定的時(shí)間內(nèi)有足夠的CPU資源來執(zhí)行，從而保證任務(wù)的運(yùn)行時(shí)資源。

動(dòng)態(tài)優(yōu)先級：TTS使用動(dòng)態(tài)優(yōu)先級機(jī)制（例如Linux中的FIFO調(diào)度）來保證任務(wù)在其時(shí)間片內(nèi)得到執(zhí)行。

任務(wù)執(zhí)行監(jiān)控：系統(tǒng)監(jiān)控任務(wù)的執(zhí)行情況，確保任務(wù)在最晚開始時(shí)間之前激活，并在截止時(shí)間之前釋放CPU資源，以供其他任務(wù)使用。

調(diào)度單位：TTS將SWC（Process）中的Runnable（Thread）作為調(diào)度單位，這些Runnable可以在不同的核心（Core）上進(jìn)行調(diào)度。

線程池：通過線程池為Runnable分配線程，并提供性能測量接口，使開發(fā)者能夠監(jiān)控和評估Runnable的性能。

調(diào)度表切換：TTS支持多模式系統(tǒng)，允許根據(jù)不同的運(yùn)行模式切換調(diào)度表，這些調(diào)度表包含了基于時(shí)間觸發(fā)、事件觸發(fā)和數(shù)據(jù)觸發(fā)的任務(wù)。

2.2基于數(shù)據(jù)觸發(fā)的任務(wù)鏈調(diào)度

數(shù)據(jù)觸發(fā)任務(wù)鏈調(diào)度是TTS的核心功能之一，它支持基于圖形依賴關(guān)系的任務(wù)鏈。在這個(gè)系統(tǒng)中，每個(gè)Runnable都被分配了時(shí)間片，并且它們的運(yùn)行狀態(tài)不僅取決于自身的時(shí)間觸發(fā)屬性，還受到任務(wù)鏈中其他任務(wù)的影響。所有Runnable共享時(shí)間片，形成一個(gè)有向無環(huán)圖。系統(tǒng)內(nèi)部提供共享內(nèi)容機(jī)制，以及接口來保證數(shù)據(jù)在有依賴關(guān)系的Runnable之間傳遞。此外，系統(tǒng)還監(jiān)控圖的執(zhí)行時(shí)間和性能。

多任務(wù)編排示運(yùn)行意圖

數(shù)據(jù)觸發(fā)任務(wù)鏈調(diào)度是TTS提供的一種調(diào)度策略，它支持基于圖狀依賴關(guān)系的任務(wù)鏈。這種策略中，每個(gè)可運(yùn)行單元（Runnable）都是周期性任務(wù)，并且被分配了時(shí)間片，以確保任務(wù)鏈中的任務(wù)能夠有效地運(yùn)行并訪問資源。在這個(gè)系統(tǒng)中：

每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有時(shí)間觸發(fā)屬性，其運(yùn)行狀態(tài)還取決于任務(wù)圖中其他任務(wù)的運(yùn)行狀態(tài)。

所有Runnable和組內(nèi)的Runnable共享時(shí)間片，以優(yōu)化資源利用。

為了避免循環(huán)依賴和潛在的死鎖，Runnable組成的圖必須是有向無環(huán)圖（DAG）。

在同一SoC內(nèi)部，提供了共享內(nèi)容機(jī)制，通過接口保證有依賴關(guān)系的Runnable之間的數(shù)據(jù)傳遞。通過集成了ETAS RTA-VRTE PIPC（共享內(nèi)存組件，冰羚的商業(yè)版）來保證Runnable之間的數(shù)據(jù)高效、安全傳輸。

圖中的Runnable（Thread）可以屬于不同的軟件組件SWC（Process）以及不同的處理器核心。

系統(tǒng)提供了圖的執(zhí)行時(shí)間監(jiān)控和性能測量功能，以確保調(diào)度的效率和效果。

此調(diào)度策略與基于事件觸發(fā)的任務(wù)鏈調(diào)度相結(jié)合，形成跨SoC的綜合調(diào)度圖。

這種調(diào)度方法為開發(fā)者提供了一個(gè)清晰的框架，用于管理和優(yōu)化在復(fù)雜的多核環(huán)境中的任務(wù)執(zhí)行。

2.3基于事件觸發(fā)任務(wù)、任務(wù)鏈調(diào)度

事件觸發(fā)任務(wù)調(diào)度則關(guān)注于處理偶發(fā)事件，無論是單個(gè)任務(wù)還是任務(wù)鏈。它的目標(biāo)是確保這些任務(wù)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成，而不是簡單地提高響應(yīng)速度。這個(gè)系統(tǒng)也構(gòu)建了一個(gè)有向無環(huán)圖，其中的Runnable可以屬于不同的SWC和核心。它還提供了任務(wù)鏈中有依賴關(guān)系的Task之間的數(shù)據(jù)緩存機(jī)制和數(shù)據(jù)同步機(jī)制。

它的核心功能包括：

支持零星事件處理：可以是單個(gè)任務(wù)或一系列任務(wù)鏈，以靈活應(yīng)對不同的事件處理需求。

確保任務(wù)按時(shí)完成：重點(diǎn)是在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)，而不僅僅是快速響應(yīng)。

有向無環(huán)圖結(jié)構(gòu)：Runnable組成的任務(wù)圖必須避免循環(huán)依賴，確保任務(wù)的順利執(zhí)行。

事件分類：零星事件可以被定義為用戶級或系統(tǒng)級，以區(qū)分事件的來源和重要性。

動(dòng)態(tài)資源管理：CPU資源的動(dòng)態(tài)計(jì)算，確保處理零星事件的同時(shí)，不會(huì)影響其他已有任務(wù)的執(zhí)行。

跨SWC和核心的任務(wù)分配：任務(wù)鏈中的Runnable可以分布在不同的軟件組件和處理器核心上。

監(jiān)控和性能測量：對處理事件的任務(wù)鏈進(jìn)行Deadline監(jiān)控和性能測量，以優(yōu)化調(diào)度效率。

數(shù)據(jù)緩存和同步：為有依賴關(guān)系的Task提供數(shù)據(jù)緩存和同步機(jī)制，確保數(shù)據(jù)的一致性。

這種調(diào)度策略為軟件定義車輛（SDV）中的事件驅(qū)動(dòng)任務(wù)提供了一個(gè)可靠和高效的框架，特別適用于需要精確時(shí)間管理的自動(dòng)駕駛和高級駕駛輔助系統(tǒng)。

2.31系統(tǒng)事件和用戶事件

在基于事件的調(diào)度系統(tǒng)中，當(dāng)事件被觸發(fā)，系統(tǒng)的首要關(guān)注點(diǎn)是確定事件的處理時(shí)間。這涉及到從事件發(fā)生的那一刻起，評估系統(tǒng)上所有CPU核心的空閑時(shí)間，以確保是否有足夠的資源來處理該事件。

這種調(diào)度機(jī)制的關(guān)鍵特點(diǎn)是它能夠同時(shí)響應(yīng)事件并及時(shí)處理，同時(shí)保證不會(huì)干擾到其他周期性任務(wù)的調(diào)度。事件被分為兩類：

系統(tǒng)事件：這類事件一旦觸發(fā)，會(huì)立即搶占其他任務(wù)的資源以開始執(zhí)行，因?yàn)樗鼈兺ǔ＞哂懈叩膬?yōu)先級。

用戶事件：對于這類事件，系統(tǒng)會(huì)先計(jì)算所有CPU核心的空閑時(shí)間，以判斷是否有足夠的資源來處理事件。只有在資源不足以處理事件時(shí)，才會(huì)考慮搶占其他任務(wù)的資源。

這些事件的處理通常是動(dòng)態(tài)的，它們只有在運(yùn)行時(shí)才會(huì)被分配到具體的CPU核心。這種動(dòng)態(tài)分配和資源管理確保了系統(tǒng)能夠靈活地響應(yīng)各種事件，同時(shí)維持其他任務(wù)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.4調(diào)度表切換

ETAS確定性調(diào)度系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)時(shí)需求靈活切換工作模式。系統(tǒng)可以在緊急情況下迅速轉(zhuǎn)換到新模式，雖然這可能會(huì)帶來一定程度的不確定性和不可預(yù)測性。為了安全和可預(yù)測性，系統(tǒng)也可以在預(yù)定的時(shí)間點(diǎn)，如任務(wù)周期的開始或結(jié)束時(shí)，安全地切換到新模式，確保所有組件同步更新狀態(tài)。這種設(shè)計(jì)既滿足了即時(shí)響應(yīng)的需求，也保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

時(shí)間觸發(fā)調(diào)度系統(tǒng)的模式變更

時(shí)間觸發(fā)調(diào)度系統(tǒng)的模式變更，提供了更細(xì)粒度的靈活性和動(dòng)態(tài)行為：

?基本模式變更 - 一組基礎(chǔ)模式，例如停車、巡航控制、城市駕駛等。

?即時(shí)變更 - 新模式在觸發(fā)后盡可能快地發(fā)生。

o系統(tǒng)狀態(tài)可能是不確定的。

o缺乏所需的可預(yù)測性。

o例如，從巡航控制到駕駛員控制的緊急模式。

?延遲變更 - 在調(diào)度周期的結(jié)束或開始的預(yù)定義點(diǎn)，確保所有節(jié)點(diǎn)切換到新模式。

o系統(tǒng)狀態(tài)是安全的。

o可預(yù)測性。

o例如，從駕駛模式切換到停車模式。

2.5ETAS確定性調(diào)度中間件TTS的其它功能

TTS中間件是一個(gè)多功能的軟件框架，專為軟件定義車輛而設(shè)計(jì)。它不僅提供了強(qiáng)大的確定性調(diào)度能力，還包含了一系列輔助功能，以支持車輛系統(tǒng)的高效開發(fā)和運(yùn)行。以下是TTS中間件的一些關(guān)鍵功能：

日志記錄：具備全面的日志記錄功能，允許用戶應(yīng)用層軟件記錄事件，便于追蹤和問題診斷。

DltViewer支持：集成了DltViewer，這是一個(gè)用于遠(yuǎn)程日志查看和分析的工具，增強(qiáng)了用戶的日志管理能力。

數(shù)據(jù)傳輸與共享：通過IceOryx支持，實(shí)現(xiàn)了任務(wù)鏈之間的高效數(shù)據(jù)共享，提升了數(shù)據(jù)處理的速度和可靠性。

多模式系統(tǒng)支持：能夠根據(jù)不同模式切換調(diào)度表，適應(yīng)多變的系統(tǒng)需求，提高了中間件的靈活性和適應(yīng)性。

AUTOSAR Adaptive集成：與ETAS AUTOSAR Adaptive（VRTE）平臺(tái)緊密集成，尤其是與PHM模塊的集成，使得任務(wù)執(zhí)行監(jiān)控結(jié)果能夠上報(bào)給PHM處理，從而增強(qiáng)系統(tǒng)的自我監(jiān)控能力。

配置和調(diào)度驗(yàn)證工具：提供了配置工具和調(diào)度驗(yàn)證工具，幫助用戶確保系統(tǒng)配置的準(zhǔn)確性和調(diào)度策略的有效性。

eBPF性能分析工具集成：集成了eBPF性能分析工具，這是一種先進(jìn)的性能分析技術(shù)，幫助用戶優(yōu)化系統(tǒng)性能。

綜上所述，ETAS TTS中間件通過這些功能的集成，成為了一個(gè)高度可配置、可監(jiān)控和性能優(yōu)化的中間件解決方案，為軟件定義車輛的開發(fā)和運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的支持。

2.5.1日志記錄

Log模塊中的Stamp后臺(tái)進(jìn)程是一個(gè)關(guān)鍵組件，它在用戶發(fā)出指令時(shí)被喚醒。這個(gè)進(jìn)程負(fù)責(zé)捕捉和記錄線程的調(diào)度狀態(tài)、狀態(tài)轉(zhuǎn)換觸發(fā)的具體時(shí)刻等重要信息，并將這些數(shù)據(jù)整理成日志文件。

Log模塊內(nèi)部流程圖

用戶隨后可以通過用戶界面查看這些詳細(xì)的日志信息，以便進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控和性能調(diào)優(yōu)。

Runnable實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)圖

TTS的日志模塊與ETAS AUTOSAR Adaptive（RTA-VRTE）平臺(tái)可以無縫集成，特別是與PHM模塊的交互。這樣，任務(wù)執(zhí)行監(jiān)控的結(jié)果可以傳遞給PHM處理，從而增強(qiáng)了系統(tǒng)的自我監(jiān)控能力。

2.5.2TTS配置工具以及調(diào)度分析工具

TTS中間件的配置工具和調(diào)度分析工具是為高效和精確的任務(wù)管理而設(shè)計(jì)的。

2.5.2.1TTS UI配置工具

TTS確定性調(diào)度中間件配備了一個(gè)定制的UI配置工具，該工具具有跨平臺(tái)的靈活性，如Ubuntu和Windows操作系統(tǒng)上獨(dú)立運(yùn)行，或者作為Eclipse插件集成到現(xiàn)有的客戶現(xiàn)有的工具鏈中，提供無縫的用戶體驗(yàn)和增強(qiáng)的工作流程效率。這個(gè)工具提供了一個(gè)直觀的界面，使用戶能夠輕松配置和管理調(diào)度任務(wù)。

如下圖所示：在軟件組件SWC（Process）中，您可以設(shè)置進(jìn)程的可執(zhí)行文件信息，確保正確的程序被調(diào)用。對于Runnable（rnbl或Thread），則是配置線程或任務(wù)的細(xì)節(jié)，以便它們能夠按預(yù)期執(zhí)行。而在任務(wù)鏈（TaskChain，簡稱grp1）中，通過配置任務(wù)的序列和關(guān)系，這樣它們就能以正確的順序和方式協(xié)同工作。這些配置步驟是確保系統(tǒng)中各個(gè)部分能夠高效、準(zhǔn)確地協(xié)同運(yùn)行的關(guān)鍵。

TTS UI配置主界面

TTS UI配置——Arcs1（任務(wù)鏈的一段）

TTS UI配置——任務(wù)鏈

TTS中間件允許用戶利用圖形化界面，基于他們所配置的文件，直觀地監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)中Runnable的預(yù)期運(yùn)行狀況。這個(gè)功能不僅可以幫助用戶提前識別出任何不合理的任務(wù)規(guī)劃，還能通過特定命令激活確定性調(diào)度模塊來跟蹤和記錄Runnable的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，如啟動(dòng)時(shí)間、運(yùn)行時(shí)長以及被中斷的時(shí)間等。這些信息隨后會(huì)在UI界面中展示，使用戶能夠?qū)崟r(shí)查看并分析任務(wù)的實(shí)際運(yùn)行情況，從而優(yōu)化系統(tǒng)性能和調(diào)度策略。

2.5.2.2調(diào)度狀態(tài)圖形化界面

通過這個(gè)功能，用戶可以利用現(xiàn)有的配置文件，以圖形化的方式查看整個(gè)系統(tǒng)中Runnable的預(yù)期運(yùn)行狀態(tài)。這不僅有助于提前識別和解決任務(wù)規(guī)劃中可能出現(xiàn)的問題，還允許用戶通過特定命令記錄和監(jiān)控Runnable的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，包括啟動(dòng)時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間和被強(qiáng)占時(shí)間等關(guān)鍵信息。

系統(tǒng)被調(diào)度的Runnable的預(yù)期運(yùn)行狀態(tài)圖

支持通過勾選或鼠標(biāo)選中Runnable的方式，選擇性地顯示想要觀察的Runnable的執(zhí)行情況。

2.5.2.3運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控和分析

TTS工具也提供了一個(gè)圖形化界面，用于監(jiān)控Runnable的運(yùn)行狀態(tài)。用戶可以通過命令激活確定性調(diào)度模塊，記錄所需的運(yùn)行狀態(tài)信息，并通過UI界面進(jìn)行查看，從而確保任務(wù)的實(shí)際運(yùn)行與預(yù)期一致。

任務(wù)鏈

例如：通過勾選Runnable A、B、C、D來顯示任務(wù)鏈的執(zhí)行情況

TTS確定性調(diào)度中間件多任務(wù)編排示意圖

用戶可以使用命令來啟用確定性調(diào)度模塊，以記錄需要記錄的Runnable的運(yùn)行狀態(tài)。這些狀態(tài)包括啟動(dòng)時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間、被強(qiáng)占時(shí)間等等。通過UI界面，用戶可以查看被記錄的Runnable的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，從而監(jiān)控Task的執(zhí)行情況。這樣，用戶可以更好地了解系統(tǒng)中各個(gè)任務(wù)的運(yùn)行情況。

Runnable實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)圖

TTS中間件的配置工具和調(diào)度分析工具提供了一個(gè)全面的解決方案，用于優(yōu)化任務(wù)的配置、監(jiān)控和分析，確保系統(tǒng)運(yùn)行的高效性和準(zhǔn)確性。這些工具的集成和使用，顯著提高了任務(wù)管理的可視化和用戶友好性，同時(shí)也增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和性能。

2.6 ETAS TTS中間件確定性調(diào)度的性能

TTS中間件利用其高精度的確定性調(diào)度能力，顯著提升了CPU資源的使用效率。通過這種優(yōu)化，任務(wù)能夠以0.01毫秒的高定時(shí)器精度高效執(zhí)行。在測試環(huán)境中，硬件為S32G274RDB2，操作系統(tǒng)為Linux 5.4.69，設(shè)置了不同周期的任務(wù)鏈和時(shí)間觸發(fā)任務(wù)。這些任務(wù)鏈和時(shí)間觸發(fā)任務(wù)的精確調(diào)度，確保了任務(wù)的及時(shí)完成，并最大化了CPU資源的利用。

ETAS的TTS解決方案正在與客戶Orin的Drive OS進(jìn)行集成和測試部署。未來，該解決方案將根據(jù)客戶項(xiàng)目的具體需求，擴(kuò)展對更多硬件環(huán)境的支持。此外，該解決方案還提供了硬件定時(shí)器支持，使得任務(wù)調(diào)度可以更加精確，從而有效提升系統(tǒng)性能。