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【AUTOSAR】时间保护（Timing Protection）概念、应用与实现源代码解析（下篇）

news 来源：原创 2025/6/4 1:02:18

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本文主要接续上一文章的内容，通过一个开源的autosar cp的具体实现，来详细介绍一下实现的原理。感谢开源小满项目的共享，小满的开源代码可以在网上上获取到。具体的代码见代码文件：RTOS/kernel/Os_Tprot.c。

首先摘录具体相关的代码函数实现，而后将具体的对每一个函数进行分析总结。

Part 1:相关函数实现源代码

Os_TmProtMainProc 工作过程详解

首先，观察Os_TmProtMainProc函数的代码结构：

FUNC(void, OS_CODE) Os_TmProtMainProc(void)
{VAR(uint16, OS_VAR) i;/* 1: Timing Protection for task. */Os_TmProtTaskProc();/* 2: Timing Protection for Resource lock. */
#if (CFG_STD_RESOURCE_MAX > 0)for (i = 0u; i < Os_CfgResourceMax; i++){Os_TmProtResCounter((ResourceType)i);}
#endif/* 3: Timing Protection for Isr2. */
#if (CFG_ISR2_MAX > 0)Os_TmProtIsrProc();
#endifreturn;
}

该函数分为三个主要部分：任务的时间保护、资源锁定的时间保护以及中断（ISR2）的时间保护。每个部分都通过条件编译控制是否启用。接下来需要深入每个子函数，分析它们的具体实现。

**一：分析Os_TmProtTaskProc()**

Os_TmProtTaskProc()负责处理所有任务的时间保护检查。其代码如下：

static FUNC(void, OS_CODE) Os_TmProtTaskProc(void)
{VAR(uint16, OS_VAR) i;VAR(Os_TaskStateType, OS_VAR) osTaskState;#if (CFG_TASK_MAX > 0)for (i = 0U; i < Os_SCB.sysTaskMax; i++){/* Implementation-dependent: IDLE task should not be protected. */if (OS_TASK_IDLE != (Os_TaskType)i){osTaskState = Os_TCB[i].taskState;if (TASK_STATE_RUNNING == osTaskState){/* Exe_budget only checked in running state. */Os_TmProtTaskCounter((Os_TaskType)i, TP_TASK_EXE);Os_TmProtTaskCounter((Os_TaskType)i, TP_TASK_ARRIVAL);Os_TmProtTaskCounter((Os_TaskType)i, TP_TASK_SUS_OS_INT);Os_TmProtTaskCounter((Os_TaskType)i, TP_TASK_SUS_ALL_INT);Os_TmProtTaskCounter((Os_TaskType)i, TP_TASK_DIS_ALL_INT);}else{/* Time-frame is checked in running and ready states. */Os_TmProtTaskCounter((Os_TaskType)i, TP_TASK_ARRIVAL);}}}
#endifreturn;
}

该函数遍历所有任务（除空闲任务外），根据任务状态执行不同的时间保护检查。对于正在运行的任务（TASK_STATE_RUNNING），会检查执行时间（TP_TASK_EXE）、到达间隔（TP_TASK_ARRIVAL）、中断锁定时间（如TP_TASK_SUS_OS_INT等）。对于非运行状态的任务（如就绪状态），仅检查到达间隔。

接下来需要理解Os_TmProtTaskCounter函数的具体实现，该函数是执行具体时间检查的核心。

二：分析Os_TmProtTaskCounter

该函数处理特定任务的某一类时间保护检查。例如，当osOptType为TP_TASK_EXE时，检查执行时间是否超限。关键代码如下：

static FUNC(void, OS_CODE) Os_TmProtTaskCounter(Os_TaskType osTaskId, Os_TmProtOptTaskType osOptType)
{VAR(StatusType, OS_VAR) osErrType;P2VAR(Os_TCBType, AUTOMATIC, OS_VAR) pTcb;P2VAR(Os_TmProtCbDataDef, AUTOMATIC, OS_VAR) pCbData;if (TP_TASK_ARRIVAL == osOptType){Os_TmProtTaskFrameCounter(osTaskId, osOptType);}else{pTcb = &Os_TCB[osTaskId];pCbData = &(pTcb->osTpTask[osOptType]);if (TRUE == pCbData->osIsTpStart){if (OS_TMPROT_TARGET_ISR_OFFSET <= Os_IntNestISR2){/* 中断嵌套时不处理 */}else{pCbData->osTpTime += 1U;
#if ((OS_SC4 == CFG_SC) && (CFG_TRUSTED_SYSTEM_SERVICE_MAX > 0U))if (FALSE == Os_TrustedFuncTportDelayCall)
#endif{if (pCbData->osTpTime >= pCbData->osTpBudget){pCbData->osTpTime = 0u;pCbData->osIsTpStart = FALSE;if (TP_TASK_EXE == osOptType){osErrType = E_OS_PROTECTION_TIME;}else{osErrType = E_OS_PROTECTION_LOCKED;}(void)Os_CallProtectionHook(osErrType, OS_TMPROT_HOOK_TASK);}}}}}
}

该函数首先判断是否是到达间隔检查（TP_TASK_ARRIVAL），如果是，调用Os_TmProtTaskFrameCounter处理时间帧检查。否则，针对其他类型的时间保护（如执行时间、中断锁定时间），检查计时器是否已启动（osIsTpStart），并在非中断嵌套的情况下累加时间。如果时间超过预算（osTpBudget），则调用保护钩子函数报告错误。

三：分析Os_TmProtResCounter

资源锁定的时间保护在Os_TmProtResCounter中处理：

static FUNC(void, OS_CODE) Os_TmProtResCounter(ResourceType osResId)
{P2VAR(Os_RCBType, AUTOMATIC, OS_VAR) pRcb;P2VAR(Os_TCBType const, AUTOMATIC, OS_VAR) pTcb;P2VAR(Os_TmProtCbDataDef, AUTOMATIC, OS_VAR) pCbData;P2VAR(Os_SCBType const, AUTOMATIC, OS_VAR) pScb;VAR(boolean, OS_VAR) Status = TRUE;pRcb = &Os_RCB[osResId];pCbData = &(pRcb->osResTpData);pScb = &Os_SCB;/* 检查资源是否被任务或中断有效占用 */if (pRcb->osWhichTaskOccupy < Os_SCB.sysTaskMax){pTcb = &Os_TCB[pRcb->osWhichTaskOccupy];if (TASK_STATE_RUNNING != pTcb->taskState){Status = FALSE;}}else if (Os_IntNestISR2 >= OS_TMPROT_TARGET_ISR_OFFSET){if (pScb->sysIsrNestQueue[Os_IntNestISR2 - OS_TMPROT_TARGET_ISR_OFFSET] != pRcb->osWhichIsrOccupy){Status = FALSE;}}else{Status = FALSE;}if (Status){if (pCbData->osIsTpStart){pCbData->osTpTime += 1U;if (pCbData->osTpTime >= pCbData->osTpBudget){pCbData->osTpTime = 0u;pCbData->osTpBudget = 0u;pCbData->osIsTpStart = FALSE;(void)Os_CallProtectionHook(E_OS_PROTECTION_LOCKED, (uint32)pCbData->osWhoHook);}}}
}

该函数检查资源是否被有效占用（任务在运行或中断在嵌套队列中），如果计时器已启动，则累加时间并检查是否超限。超限时报告E_OS_PROTECTION_LOCKED错误。

四：分析Os_TmProtIsrProc

中断的时间保护由Os_TmProtIsrProc处理：

static FUNC(void, OS_CODE) Os_TmProtIsrProc(void)
{VAR(uint16, OS_VAR) i;VAR(Os_IsrType, OS_VAR) osIsrC2Id;P2CONST(Os_IsrCfgType, AUTOMATIC, OS_VAR) pIsrCfg;P2VAR(Os_SCBType const, AUTOMATIC, OS_VAR) pScb;pScb = &Os_SCB;if (Os_IntNestISR2 >= OS_TMPROT_TARGET_ISR_OFFSET){osIsrC2Id = pScb->sysIsrNestQueue[Os_IntNestISR2 - OS_TMPROT_TARGET_ISR_OFFSET];if (osIsrC2Id < CFG_ISR_MAX){pIsrCfg = &Os_IsrCfg[osIsrC2Id];if (OS_ISR_CATEGORY2 == pIsrCfg->OsIsrCatType){Os_TmProtIsrCounter(osIsrC2Id, TP_ISR_CAT2_EXE);Os_TmProtIsrCounter(osIsrC2Id, TP_ISR_CAT2_SUS_OS_INT);Os_TmProtIsrCounter(osIsrC2Id, TP_ISR_CAT2_SUS_ALL_INT);Os_TmProtIsrCounter(osIsrC2Id, TP_ISR_CAT2_DIS_ALL_INT);}}}#if (CFG_ISR2_MAX > 0U)for (i = (Os_CfgIsrMax - Os_CfgIsr2Max); i < Os_CfgIsr2Max; i++){if (i != pScb->sysRunningIsrCat2Id){Os_TmProtIsrCounter(i, TP_ISR_CAT2_ARRIVAL);}}
#endifreturn;
}

该函数首先处理当前嵌套中断的执行时间，然后遍历所有ISR2检查其到达间隔。Os_TmProtIsrCounter与任务的计数器类似，处理中断的执行时间和锁定时间。

Part 2:相关函数实现总结

1. 任务时间保护（Os_TmProtTaskProc）

遍历所有任务（除空闲任务）：
- 运行状态任务：
  - 执行时间检查（TP_TASK_EXE）：累加osTpTime，若超过osTpBudget，触发E_OS_PROTECTION_TIME错误。
  - 到达间隔检查（TP_TASK_ARRIVAL）：验证任务激活间隔是否符合时间帧（OsTaskTimeFrame）。
  - 中断锁定检查（如TP_TASK_SUS_OS_INT）：监控任务禁用中断的时间。
- 非运行状态任务（如就绪状态）：
  - 仅检查到达间隔，防止频繁激活。
示例：
任务A配置执行预算为100 ticks（10ms）。每次系统节拍中断（1ms）时，osTpTime递增。若任务A连续运行超过10ms，第10次中断时触发超限错误。

2. 资源锁定时间保护（Os_TmProtResCounter）

遍历所有资源：
- 检查资源占用者状态：
  - 任务占用：验证任务是否仍在运行。
  - 中断占用：确认中断位于当前嵌套队列中。
- 计时器处理：
  - 若资源被有效占用，累加osTpTime。
  - 超限时触发E_OS_PROTECTION_LOCKED错误，标识占用者类型（任务/中断）。
示例：
资源R的锁定预算为50 ticks（5ms）。任务B获取R后执行耗时操作，若6ms未释放，触发锁定超限错误。

3. 中断时间保护（Os_TmProtIsrProc）

处理当前嵌套中断：
- 执行时间检查（TP_ISR_CAT2_EXE）：累加中断执行时间，超限时上报错误。
- 中断锁定检查（如TP_ISR_CAT2_SUS_OS_INT）：监控中断禁用其他中断的时间。
检查所有ISR2的到达间隔：
- 排除当前运行中断：避免自检干扰。
- 验证中断激活间隔，防止高频触发。
示例：
中断ISR1配置时间帧为200 ticks（20ms）。若ISR1在15ms内被触发两次，第二次激活时触发到达间隔错误。