开放实时嵌入式软件平台TOPPERS的研究现状

摘要：嵌入式系统开发趋势之一是基于平台的开发，包括硬件平台和软件平台。开放实时嵌入式软件平台TOPPERS(Toyohashi Open Platfo rm for Embedded Real-time System)是一个包含多种嵌入式实时操作系统、中间件以及软件开发工具在内的，可用于多个领域的综合性平台。本文介绍了TOPPERS的历史、现状及其下一个十年的发展计划和目标，以及TOPPERS在国内的发展情况和目前基于TOPPERS成果正在进行的工作。
关键词：实时操作系统；TOPPERS；ITRON；软件平台；嵌入式系统

引言
开放实时嵌入式软件平台TOPPERS(Toyohashi Open Platform for Embedded Real-time System)为一个包含多种嵌入式实时操作系统、中间件以及软件开发工具在内的，可用于多个领域的综合性平台。本文对TOPPERS的发展历史、研究现状和下一个十年的发展计划和目标进行了介绍和分析，一方面可以使TOPPERS的发展成果能够被更广泛地分享；另一方面为国内类似嵌入式软件平台的发展提供参考。TOPPERS的主要特色在于具有高质量的设计和较完善的体系，开放源代码，可免费使用，灵活的许可证使得其在商业应用上限制较少。

1 TOPPERS的历史
TOPPERS的历史并不长，但其起点是具有20多年历史的TRON(The Real-time Operating system Nucleus)和ITRON(Industrial TRON)项目。ITRON规范为一系列关于实时操作系统的开发规范，而不是一个具体的实时操作系统的实现，迄今共发布4个版本。任何组织或者个人都可以按照ITRON规范开发自己的实时操作系统。ITRON规范的开放性和弱标准性使其取得了巨大的成功，在日本已经成为事实上的工业标准。
但也正是因为ITRON规范的弱标准性，符合ITRON规范的实时操作系统版本彼此之间不能完全兼容，带来了过剩的多样性，造成过多重复开发。另外，随着嵌入式系统越发复杂，除了实时操作系统内核，其他中间件如文件系统、网络协议栈、设备驱动框架等也越发重要，而在这些方面，ITRON规范是比较薄弱的。
为了解决上述问题，适应未来嵌入式系统发展趋势，ITRON的发展在两个方向上继续进行，一个是由坂村健教授主导的T-Engine，另一个便是TOPPERS。TOPPERS和T-Engine不同点在于TOPPERS是以μITRON4．0规范为基础，主要针对硬实时系统，专注于工业控制领域，如汽车电子等；T-Engine由硬件上的T-Engine规范和软件上的以T-Kernel为代表的一系列实时内核以及相应的中间件这两大部分组成。

2 TOPPERS的现状
最近一次ITRON规范的发布要上溯至1999年的μITRON4．0规范。进入新世纪后，一方面嵌入式系统相关技术的发展日新月异；另一方面ITRON规范十多年未作更新，已经无法满足未来嵌入式系统应用的需求。因此，从2006年开始，TOPPERS协会在μITRON4．0规范基础之上开始制定新一代实时内核规范并加以实现，其大致路线图如图1所示。到2011年为止，该路线图中的绝大部分目标都已经达成，产生一大批成果，并且在消费电子和汽车电子等领域中得到广泛应用。