TOPPERS

What is TOPPERS？

一說起操作系統, 我們的腦海馬上就會閃出Windows, 據說Windows已經被安裝到了1.5億台計算機上. 然而在這裡我還要提到另一種操作系統, 據估計這種類型的操作系統已經被安裝到了全球30億到40億台家用電子產品中. 如果普及程度按照機器數量來計的話, 它的普及程度竟然是Windows的數十倍. 這款操作系統叫做TRON, 是由我們的鄰國日本自主研製開發的.

1984年TRON系統問世的時候, 日本業界將其稱為一款可以打破微軟壟斷地位的自製軟體, 認為這種系統將可使日本計算機企業不再承擔必須向微軟購買Windows系統時支付的費用. 然而這一美夢卻在1989年被打碎, 當時美國方面得知日本政府準備把TRON安裝到教育用計算機中后就威脅說要將TRON列為不公平貿易壁壘之一. 參與TRON項目的企業因為擔心失去美國市場而退出了該項目. 儘管面向PC的TRON操作系統就此一蹶不振, TRON項目卻從此得以集中精力去研究和發展面向嵌入式機器的操作系統ITRON.

嚴格說的話, ITRON並不是一款操作系統, 而是一個操作系統的規範. TRON項目小組將自己的研究成果以規範的形式公開, 任何公司和個人都可以無償得到這份規範, 根據規範來編寫自己的操作系統, 並自行決定該操作系統的用途.

為了儘可能推廣ITRON規範, 使其能夠適用於各種硬體環境, 最大限度發揮硬體環境自身的性能, TRON項目組在規範制定過程中採取弱標準化的原則, 即對於接近硬體的部分不作嚴格規定, 比如中斷處理部分. 時至今日, ITRON規範操作系統在日本仍能佔據將近5成的市場份額, 弱標準化起了很大的作用.

然而隨著嵌入式系統的高功能，網路化和高度HMI化, 軟體開發和調試都變得越來越複雜, 軟體的可重用性顯得越來越重要. 而弱標準化的原則導致ITRON操作系統版本林立, 中間件軟體缺乏可移植性和可重用性. 對於整個產業界來說, 很多開發成為重複開發，極大地浪費了資源.

在日本嵌入式行業具有較大影響力的 開源社區/非贏利組織TOPPERS項目 針對這一狀況給出了回答.

針對ITRON操作系統版本混亂，軟體資源復用困難的局面, 日本名古屋大學研究生院的高田廣章教授牽頭成立TOPPERS項目。該項目組集合學校，企業以及社會上有識之士的力量, 最初的目標是確立一個ITRON規範操作系統的決定版本, 使之成為嵌入式領域的Linux,讓各種嵌入式應用程序以及中間件都能在一個確定的平台上自由流通.

TOPPERS/JSP(Just Standard Profile)內核是項目組的第一個開發成果, 它完全遵循 ITRON4.0規範, 完全開源. 代碼可讀性強, 容易移植, 具有高性能與佔用RAM少的特點. 此外, 提供Linux以及Windows的模擬環境, 使開發者在沒有開發板的前提下也能進行開發和調試. 值得一提的是, TOPPERS/JSP內核的標準開發環境完全用GNU工具鏈構建, 因此從內核到開發環境, 開發者可以構建一個純粹免費的開發平台.

除了立足於ITRON規範的開發以外, 項目組的另一個目標是吸收ITRON規範的精華, 摒棄ITRON規範中相對落後於時代潮流的部分, 發展和創造全新的嵌入式實時內核. 該內核就是 TOPPERS/ASP(Advanced Standard Profile), 是在TOPPERS/JSP內核的基礎上擴展改良而成的, 它主要面向要求高可靠性，高安全性以及高實時性的嵌入式系統, 就軟體規模而言, 這樣的系統的代碼大小在幾十KB和1MB之間.

項目組將TOPPERS/ASP內核定位於基礎中的基礎, 各種新內核都以ASP擴展的形式出現. 比如項目組的另一個開發成果 TOPPERS/FMP(Flexible Multiprocessor Profile)內核, 就是以ASP內核作為基礎的. FMP內核對應多核處理器, 其設計思想其實非常簡潔明了: 任務(task)在設計階段被分配處理器; 內核在運行時不自行更改任務所屬的處理器; 內核提供在運行時可以更改任務所屬處理器的API.

除了各種內核之外, TOPPERS項目組還開發各種中間件, 比如TCP/IP協議棧, USB協議棧, 面向汽車系統的CAN/LIN通信模塊, 文件系統等等.