開放實時嵌入式軟件平臺TOPPERS的研究現狀

摘要：嵌入式系統開發趨勢之一是基于平臺的開發，包括硬件平臺和軟件平臺。開放實時嵌入式軟件平臺TOPPERS(Toyohashi Open Platfo rm for Embedded Real-time System)是一個包含多種嵌入式實時操作系統、中間件以及軟件開發工具在內的，可用于多個領域的綜合性平臺。本文介紹了TOPPERS的歷史、現狀及其下一個十年的發展計劃和目標，以及TOPPERS在國內的發展情況和目前基于TOPPERS成果正在進行的工作。
關鍵詞：實時操作系統；TOPPERS；ITRON；軟件平臺；嵌入式系統

引言
開放實時嵌入式軟件平臺TOPPERS(Toyohashi Open Platform for Embedded Real-time System)為一個包含多種嵌入式實時操作系統、中間件以及軟件開發工具在內的，可用于多個領域的綜合性平臺。本文對TOPPERS的發展歷史、研究現狀和下一個十年的發展計劃和目標進行了介紹和分析，一方面可以使TOPPERS的發展成果能夠被更廣泛地分享；另一方面為國內類似嵌入式軟件平臺的發展提供參考。TOPPERS的主要特色在于具有高質量的設計和較完善的體系，開放源代碼，可免費使用，靈活的許可證使得其在商業應用上限制較少。

1 TOPPERS的歷史
TOPPERS的歷史并不長，但其起點是具有20多年歷史的TRON(The Real-time Operating system Nucleus)和ITRON(Industrial TRON)項目。ITRON規范為一系列關于實時操作系統的開發規范，而不是一個具體的實時操作系統的實現，迄今共發布4個版本。任何組織或者個人都可以按照ITRON規范開發自己的實時操作系統。ITRON規范的開放性和弱標準性使其取得了巨大的成功，在日本已經成為事實上的工業標準。
但也正是因為ITRON規范的弱標準性，符合ITRON規范的實時操作系統版本彼此之間不能完全兼容，帶來了過剩的多樣性，造成過多重復開發。另外，隨著嵌入式系統越發復雜，除了實時操作系統內核，其他中間件如文件系統、網絡協議棧、設備驅動框架等也越發重要，而在這些方面，ITRON規范是比較薄弱的。
為了解決上述問題，適應未來嵌入式系統發展趨勢，ITRON的發展在兩個方向上繼續進行，一個是由坂村健教授主導的T-Engine，另一個便是TOPPERS。TOPPERS和T-Engine不同點在于TOPPERS是以μITRON4．0規范為基礎，主要針對硬實時系統，專注于工業控制領域，如汽車電子等；T-Engine由硬件上的T-Engine規范和軟件上的以T-Kernel為代表的一系列實時內核以及相應的中間件這兩大部分組成。

2 TOPPERS的現狀
最近一次ITRON規范的發布要上溯至1999年的μITRON4．0規范。進入新世紀后，一方面嵌入式系統相關技術的發展日新月異；另一方面ITRON規范十多年未作更新，已經無法滿足未來嵌入式系統應用的需求。因此，從2006年開始，TOPPERS協會在μITRON4．0規范基礎之上開始制定新一代實時內核規范并加以實現，其大致路線圖如圖1所示。到2011年為止，該路線圖中的絕大部分目標都已經達成，產生一大批成果，并且在消費電子和汽車電子等領域中得到廣泛應用。