What is TOPPERS？

TOPPERS是Toyohashi OPen Platform for Embedded Real-time Systems的缩略. 以Toyohashi(丰桥)为名是因为高田教授在项目组成立之初(2000年11月)在日本丰桥技术科学大学任教的缘故. 2003年9月,为了扩大影响力, TOPPERS申请成为NPO(Nonprofit Organization)法人.

0.Introduction

一说起操作系统, 我们的脑海马上就会闪出Windows, 据说Windows已经被安装到了1.5亿台计算机上. 然而在这里我还要提到另一种操作系统, 据估计这种类型的操作系统已经被安装到了全球30亿到40亿台家用电子产品中. 如果普及程度按照机器数量来计的话, 它的普及程度竟然是Windows的数十倍. 这款操作系统叫做TRON, 是由我们的邻国日本自主研制开发的.

1. What is TRON ?

1984年TRON系统问世的时候, 日本业界将其称为一款可以打破微软垄断地位的自制软件, 认为这种系统将可使日本计算机企业不再承担必须向微软购买Windows系统时支付的费用. 然而这一美梦却在1989年被打碎, 当时美国方面得知日本政府准备把TRON安装到教育用计算机中后就威胁说要将TRON列为不公平贸易壁垒之一. 参与TRON项目的企业因为担心失去美国市场而退出了该项目. 尽管面向PC的TRON操作系统就此一蹶不振, TRON项目却从此得以集中精力去研究和发展面向嵌入式机器的操作系统ITRON.

严格说的话, ITRON并不是一款操作系统, 而是一个操作系统的规范. TRON项目小组将自己的研究成果以规范的形式公开, 任何公司和个人都可以无偿得到这份规范, 根据规范来编写自己的操作系统, 并自行决定该操作系统的用途.

为了尽可能推广ITRON规范, 使其能够适用于各种硬件环境, 最大限度发挥硬件环境自身的性能, TRON项目组在规范制定过程中采取弱标准化的原则, 即对于接近硬件的部分不作严格规定, 比如中断处理部分. 时至今日, ITRON规范操作系统在日本仍能占据将近5成的市场份额, 弱标准化起了很大的作用.

然而随着嵌入式系统的高功能,网络化和高度HMI化, 软件开发和调试都变得越来越复杂, 软件的可重用性显得越来越重要. 而弱标准化的原则导致ITRON操作系统版本林立, 中间件软件缺乏可移植性和可重用性. 对于整个产业界来说, 很多开发成为重复开发,极大地浪费了资源.

在日本嵌入式行业具有较大影响力的 开源社区/非赢利组织TOPPERS项目 针对这一状况给出了回答.

2. Why TOPPERS

针对ITRON操作系统版本混乱,软件资源复用困难的局面, 日本名古屋大学研究生院的高田广章教授牵头成立TOPPERS项目.该项目组集合学校,企业以及社会上有识之士的力量, 最初的目标是确立一个ITRON规范操作系统的决定版本, 使之成为嵌入式领域的Linux,让各种嵌入式应用程序以及中间件都能在一个确定的平台上自由流通.

TOPPERS是Toyohashi OPen Platform for Embedded Real-time Systems的缩略. 以Toyohashi(丰桥)为名是因为高田教授在项目组成立之初(2000年11月)在日本丰桥技术科学大学任教的缘故. 2003年9月,为了扩大影响力, TOPPERS申请成为NPO(Nonprofit Organization)法人.

TOPPERS/JSP(Just Standard Profile)内核是项目组的第一个开发成果, 它完全遵循 ITRON4.0规范, 完全开源. 代码可读性强, 容易移植, 具有高性能与占用RAM少的特点. 此外, 提供Linux以及Windows的仿真环境, 使开发者在没有开发板的前提下也能进行开发和调试. 值得一提的是, TOPPERS/JSP内核的标准开发环境完全用GNU工具链构建, 因此从内核到开发环境, 开发者可以构建一个纯粹免费的开发平台.

除了立足于ITRON规范的开发以外, 项目组的另一个目标是吸收ITRON规范的精华, 摒弃ITRON规范中相对落后于时代潮流的部分, 发展和创造全新的嵌入式实时内核. 该内核就是 TOPPERS/ASP(Advanced Standard Profile), 是在TOPPERS/JSP内核的基础上扩展改良而成的, 它主要面向要求高可靠性,高安全性以及高实时性的嵌入式系统, 就软件规模而言, 这样的系统的代码大小在几十KB和1MB之间.

项目组将TOPPERS/ASP内核定位于基础中的基础, 各种新内核都以ASP扩展的形式出现. 比如项目组的另一个开发成果 TOPPERS/FMP(Flexible Multiprocessor Profile)内核, 就是以ASP内核作为基础的. FMP内核对应多核处理器, 其设计思想其实非常简洁明了: 任务(task)在设计阶段被分配处理器; 内核在运行时不自行更改任务所属的处理器; 内核提供在运行时可以更改任务所属处理器的API.

除了各种内核之外, TOPPERS项目组还开发各种中间件, 比如TCP/IP协议栈, USB协议栈, 面向汽车系统的CAN/LIN通信模块, 文件系统等等.