[发明专利]一种面向混核操作系统的串口虚拟化优化方法

说明书

本发明公开了一种面向混核操作系统的串口虚拟化优化方法，通过在串口虚拟化配置空间新增一个可写标志位，使得实时操作系统在进行打印输出信息时，不需要等到虚拟IO后端驱动程序从配置空间的数据字段取出数据之后才能继续运行，从而避免了实时操作系统串口输出时同非实时操作系统的同步过程；在非实时操作系统从配置空间的数据字段取数据时，实时操作系统依然处于运行状态，因此不会影响实时操作系统其他高优先级任务对底优先级打印输出任务抢占，满足系统的实时性。本发明串口虚拟化优化方法能够显著降低在混核操作系统环境中实时操作系统执行串口信息输出时延的抖动，避免与非实时操作系统的同步，增强实时操作系统的实时性。

技术领域

本发明属于计算机技术领域，具体涉及一种面向混核操作系统的串口虚拟化优化方法。

背景技术

随着车载智能网联汽车上的智能计算任务与传统汽车相比具有更高的计算能力需求，但与车辆控制相关的任务又有很高的实时性要求，并且随着车载信息系统的发展，越来越多的人机交互任务也被加入到车载系统中，而各种任务之间具有强偶尔性，传统汽车电子所使用的车载计算体系结构并不能同时满足上述各个任务的要求。因此，混核操作系统不仅可以满足于满足汽车控制系统的实时性要求，还可以满足复杂应用和用户交互的需求。

混核操作系统是指非实时操作系统和实时操作系统采用虚拟化的方式进行了混核，其中非实时操作系统一般为linux/android，主要面向于用户交互操作；实时操作系统采用osek，用于满足汽车控制系统的实时性要求，混核操作系统架构如图1所示。混核操作系统中实时操作系统需要向串口打印调试信息，该调试信息可以通过非实时操作系统的相关软件查看，可以采用基于半虚拟化的IO(输入/输出)设备虚拟化。

虚拟IO的工作流程如图2所示，虚拟IO由三部分构成：前端驱动程序、后端驱动程序以及用于前后端进行信息传输的共享通道；虚拟IO协议提供了串口设备虚拟化工作方法。针对该设备，有两种传输数据方式，分别是：通过写入配置空间的数据字段和基于共享内存虚拟队列的方式，采用写入配置空间数据字段的方式更适用于嵌入式实时操作系统。虚拟IO串口虚拟化配置空间如下所示：

structvirtio_console_config{

le16 cols；

le16 rows；

le32 max_nr_ports；

le32 emerg_wr；

}；

其中，emerg_wr表示设备配置空间的数据字段。

在虚拟IO串口虚拟化中，位于实时操作系统的虚拟IO前端驱动通过写配置空间的数据字段传输数据时会触发异常，该异常由hypervisor捕获，然后hypervisor通知位于非实时操作系统的虚拟IO后端驱动程序从设备配置空间的数据字段读取数据，虚拟IO后端驱动程序取出数据并返回hypervisor，最后hypervisor再切换到实时操作系统。

当前虚拟化串口存在的问题是实时操作系统向串口虚拟化配置空间的数据字段写入数据后，需要等待非实时操作系统从该数据字段取出数据，最后才由hypervisor恢复实时操作系统的运行，实时操作系统在打印串口信息时需要同非实时操作系统进行同步，导致实时操作系统的性能受到严重的影响。

发明内容

鉴于上述，本发明提出了一种面向混核操作系统的串口虚拟化优化方法，能够解决由于虚拟IO前端驱动程序和虚拟IO后端驱动传递数据实时性较差，导致实时操作系统的运行受到严重影响的问题，增强实时操作系统基于虚拟IO的串口虚拟化的实时性。