汽车电子中的嵌入式操作系统
嵌入式系统在汽车电子领域中的应用
嵌入式系统在汽车电子领域中的应用第一章嵌入式系统的概念和概况嵌入式系统是由硬件和软件两部分构成的计算机系统，它通常被嵌入到产品中，用于控制、监控和调度等任务。
相比于普通计算机，嵌入式系统具有体积小、功耗低、可靠性高、效率高等优点，因此在各个行业领域中得到了广泛的应用。
在汽车电子领域中，嵌入式系统应用相当广泛，汽车电子产品像发动机控制、制动、座椅控制、音响、导航等需要嵌入式系统的支持才能实现。
第二章嵌入式系统在汽车电子领域中的应用2.1 汽车发动机控制系统以往的汽车发动机控制还依赖于人工调节，效果不尽如人意，而嵌入式系统可以实现准确而快速地控制，使发动机运行更稳定、更省油。
此外，嵌入式系统还可以实时监测发动机的工作状态，如果发现故障，自动进行报警并停机，从而保障了驾驶安全。
2.2 制动系统嵌入式系统可以对制动系统进行控制，在发现制动故障时，自动实现维修和调试，避免出现安全问题。
嵌入式系统还可以帮助汽车实现电子驻车功能，实现停放时车辆的牢靠。
同时，提供防抱死功能，避免在制动时车轮会卡死，发生交通事故。
2.3 音响系统现代汽车上音响系统的各种功能需要用嵌入式系统实现，通过嵌入式系统来控制音乐播放、CD机或DVD机的读取、虚拟环绕声等功能实现。
2.4 座椅控制系统嵌入式系统可以通过电脑控制汽车上座椅的运动，使乘客得到更好的乘坐体验。
在一些高端车型上，嵌入式系统甚至可以控制座椅加热或按摩，为乘客提供更高档次的乘坐体验。
2.5 导航系统嵌入式系统可以实现汽车导航系统的各种功能和导航信息的实时更新，以及在行驶过程中对路线的监控和调整。
通过嵌入式系统，导航系统还能支持语音控制，实时人机交互更加方便，实现驾车出行更加便捷。
第三章嵌入式系统在汽车电子领域中的优势3.1 体积小相比于传统计算机，嵌入式系统的体积要小得多，能够更好地嵌入到车辆的小型结构中。
这样，汽车的空间利用率更高，保留的载重和乘员位置也更多。
3.2 速度快嵌入式系统通常内置高速处理器，并进行了优化本身的源程序、算法等，比其他计算机运行更快，而且还能更好的控制汽车电子设备，让其运行更为平稳、更为可靠。
嵌入式实时操作系统
嵌入式实时操作系统第一点：嵌入式实时操作系统的定义与特点嵌入式实时操作系统（Embedded Real-Time Operating System，简称ERTOS）是一种专门为嵌入式系统设计的操作系统，它具有实时性、可靠性和高效性等特点。
嵌入式实时操作系统主要用于控制和管理嵌入式系统中的硬件资源和软件任务，以实现对系统的实时控制和高效运行。
嵌入式实时操作系统的定义可以从以下几个方面来理解：1.嵌入式系统：嵌入式系统是指将计算机技术应用于特定领域，以完成特定任务的计算机系统。
它通常包括嵌入式处理器、存储器、输入输出接口等硬件部分，以及运行在处理器上的软件部分。
嵌入式系统具有体积小、功耗低、成本低、性能高等特点。
2.实时性：实时性是嵌入式实时操作系统最核心的特点之一。
它要求系统在规定的时间内完成任务，并对任务的响应时间有严格的要求。
实时性可以分为硬实时和软实时。
硬实时要求任务在规定的时间范围内完成，不允许有任何的延迟；软实时则允许任务在规定的时间范围内完成，但延迟尽量最小。
3.可靠性：嵌入式实时操作系统需要具备很高的可靠性，因为它们通常应用于对安全性和稳定性要求较高的领域，如航空航天、汽车电子、工业控制等。
可靠性主要包括系统的正确性、稳定性和抗干扰能力等方面。
4.高效性：嵌入式实时操作系统需要高效地利用硬件资源，以实现对系统的实时控制。
高效性主要包括系统资源的利用率、任务的调度算法、内存管理等方面。
第二点：嵌入式实时操作系统的应用领域与发展趋势嵌入式实时操作系统在众多领域都有广泛的应用，下面列举几个典型的应用领域：1.工业控制：嵌入式实时操作系统在工业控制领域具有广泛的应用，如PLC（可编程逻辑控制器）、机器人控制器、工业现场仪表等。
实时操作系统可以实现对工业过程的实时监控和控制，提高生产效率和产品质量。
2.汽车电子：汽车电子领域是嵌入式实时操作系统的另一个重要应用领域。
现代汽车中的电子控制系统，如发动机控制、底盘控制、车身控制等，都需要实时操作系统来保证系统的实时性和稳定性。
嵌入式系统实时操作系统技术手册
嵌入式系统实时操作系统技术手册嵌入式系统实时操作系统（Real-Time Operating System，RTOS）是一种特殊的操作系统，具有高度可预测性和实时性。
在越来越多的嵌入式系统应用场景中，RTOS发挥着至关重要的作用。
本技术手册将介绍RTOS的基本概念、设计原理以及常用的实时操作系统技术。
1. RTOS概述RTOS是用于实时嵌入式系统的操作系统，其最主要的特点是具备实时性和可预测性。
实时性是指操作系统能够在规定的时间范围内完成任务响应和处理，可预测性则是指操作系统的行为是可预测和可控的。
RTOS广泛应用于航空航天、汽车电子、医疗设备等高可靠性和实时性要求较高的领域。
2. RTOS设计原理实时操作系统的设计原理主要包括任务调度、中断处理和内存管理。
任务调度是RTOS的核心，通过合理的任务调度算法，实现对任务的调度和分配，保证任务按照预定的优先级和时序得以执行。
中断处理是实时系统中重要的机制，用于处理外部中断和定时器中断等。
内存管理则负责对任务之间的内存空间进行分配和管理，确保任务间内存空间的隔离和资源的合理利用。
3. 实时任务管理实时任务管理是RTOS中的关键功能，主要包括任务创建、任务删除和任务切换。
任务创建是指通过系统调用接口，在RTOS中创建需要执行的任务，并为其分配系统资源。
任务删除则是指在任务完成后，释放其占用的系统资源。
任务切换是RTOS中的核心机制，通过合理的任务切换算法，实现对任务的切换和调度。
4. 中断处理与任务调度中断处理是实时系统中常见的机制，用于处理外部中断和定时器中断等。
中断处理需要快速响应，并在规定的时间内完成相应的处理。
任务调度则负责根据任务的优先级和时序，合理地进行任务调度和切换，确保高优先级任务能够及时得到执行。
5. 实时性保证实时性保证是RTOS设计的关键目标之一。
实时性的保证主要包括硬实时和软实时两种方式。
硬实时要求任务必须在规定的时间内完成执行，否则会导致系统故障。
嵌入式系统在智能汽车中的应用研究
嵌入式系统在智能汽车中的应用研究一、引言随着科技的进步，智能汽车已经开始逐渐进入人们的视野，成为未来汽车发展趋势。
智能汽车利用现代信息技术，将车辆和驾驶员与网络、传感器和计算机相连接，实现车辆自动化驾驶、能量管理、安全性控制等诸多功能，大大提高了汽车的安全系数、行驶效率和环保能力。
在实现这些功能的过程中，嵌入式系统扮演了至关重要的角色。
二、嵌入式系统的相关知识嵌入式系统是指被嵌入到设备内部，用于控制和监控各种操作的计算机系统。
它通常由处理器、储存器、输入输出接口和软件系统组成。
然而嵌入式系统的最大特点是在硬件资源和软件系统上具有高度的集成度。
因此，基于嵌入式系统的智能汽车技术具有多种优势，包括：1. 体积小、能耗低、可靠性高。
2. 能够支持高速数据传输与处理。
3. 支持并行处理，能够同时执行多个程序，并实现实时处理。
4. 具有高度可定制化和可扩展性能力。
基于以上优势，嵌入式系统被广泛应用于智能汽车领域，承担着许多重要的任务。
三、嵌入式系统在智能汽车中的应用1. 自动化驾驶自动化驾驶是智能汽车的核心部分，也是嵌入式系统的一个重要应用场景。
自动化驾驶是基于雷达、摄像头等感应器获取车辆周围的信息，再基于各种算法完成的车辆自主导航和自动化控制。
在自动化驾驶中，嵌入式系统负责识别交通标志、车辆行驶路径规划、车辆速度控制等任务。
在应对复杂多变的路况时，嵌入式系统对车辆的自主性和智能性发挥着至关重要的作用。
2. 能量管理在智能汽车中，电池是一项重要的能源来源，能否高效地管理电池的使用情况也关系到车辆的续航能力和安全性。
嵌入式系统在智能汽车中的能量管理模块可以实时监控电池的状态，并通过对锂电池、超级电容等能源进行管理，提高电池的使用寿命，提高车辆的经济性。
3. 车载通信智能汽车需要与外部环境进行信息交换。
因此，需要建立车辆内部与外部的通信机制。
嵌入式系统为车载通信提供了一个高效与可靠的运行环境。
通过嵌入式系统，汽车可以连通互联网，实现车辆的实时定位、数据共享以及远程控制等功能。
OSEK操作系统
OSEK操作系统简介OSEK（Open System for Embedded Automotive Control）是一种开放式标准的操作系统，主要应用于汽车领域。
OSEK操作系统包含了一个可扩展的实时调度器（RTOS），还提供了一些通用服务和标准接口。
OSEK操作系统不仅能够满足汽车电子系统的实时性、可靠性和可维护性等要求，还能够提升系统的可重用性和可扩展性。
目前，OSEK操作系统已经成为了欧洲汽车生产商的标准，被广泛应用于汽车电子控制系统开发中。
OSEK操作系统的发展历程OSEK操作系统起源于1993年，欧洲6家汽车巨头（BMW、Daimler-Benz、Fiat、Ford、GM和Volkswagen）共同制定并发布了OSEK标准。
随着时间的推移，OSEK标准不断完善，1998年发布了OSEK/VDX标准，对原标准进行了进一步的细化和完善，新标准系统地描述了OSEK的各个功能模块、接口和服务等，确立了OSEK操作系统在汽车电子控制系统上的地位。
OSEK操作系统的特点1. 可扩展性强OSEK操作系统的设计理念是“功能按需”，它将嵌入式系统的功能模块划分成若干个层次，每一层都提供各自的应用接口和标准服务。
用户可以根据实际需求自由添加或删除这些功能模块，并根据需要进行修改或扩展。
2. 实时性高OSEK操作系统的内核采用了基于优先级的实时调度算法，支持多任务和多线程，并提供了互斥锁、信号量、消息队列和事件标志等同步机制。
这些机制可有效保证应用任务之间的安全性和实时性，提高了系统的可靠性。
3. 可靠性强OSEK操作系统在设计上考虑了许多情况，使得其可以在面对不同的故障情况时都能够正确处理。
其内建的异常处理机制在遇到故障时，能够及时检测、报告并正确处理产生的错误。
4. 可移植性好OSEK操作系统采用了抽象层的设计思想，将系统内核和应用程序分离开，提供了标准的应用编程接口，可方便地在不同的硬件平台上移植和使用。
面向汽车电子的嵌入式软件开发应用软件的研究与分析
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目录
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嵌入式软件开发概述
汽车电子系统中的嵌 入式软件开发技术
汽车电子系统中的嵌 入式软件应用实例
汽车电子系统中的嵌入式 软件开发挑战与未来发展
结论
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嵌入式软件开发概 述
嵌入式系统是一种专用的计算机系 统，旨在执行特定的任务或功能
编码实现： 根据设计文 档进行代码 编写
测试验证： 对软件进行 测试和验证， 确保其正确 性和稳定性
部署维护： 将软件部署 到目标平台 上，并进行 后续的维护 和升级
工业控制领域
汽车电子领域
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智能家居领域
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医疗电子领域
嵌入式软件定义：指针对汽车电子系统进行设计、开发、测试、运行和维护的专用软件。 嵌入式软件特点：实时性、可靠性、安全性、可扩展性等。 嵌入式软件应用范围：汽车发动机控制、底盘控制、车身控制、导航系统等。 嵌入式软件开发流程：需求分析、设计、编码、测试、部署等。
嵌入式系统广泛应用于汽车电子、 智能家居、医疗设备等领域
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嵌入式系统通常与实际应用紧密结 合，具有实时性、可靠性和低功耗 等特点
嵌入式软件开发是针对嵌入式系统 的软件开发，涉及到硬件和软件的 协同设计、优化和测试等方面
需求分析： 明确软件的 功能和性能 要求
架构设计： 确定软件的 整体结构和 模块划分
可靠性挑战：硬件故障、 软件崩溃等
未来发展方向：提高安全 性和可靠性的技术手段
嵌入式软件在汽车电子系统中的重要性 嵌入式软件开发过程中的质量保证措施 软件测试的目的、方法及流程 未来发展趋势：自动化测试和持续集成
嵌入式系统在智能车辆中的控制
嵌入式系统在智能车辆中的控制智能车辆是指通过嵌入式系统来实现各种智能功能的汽车。
嵌入式系统是一种基于计算机技术和软件工程的系统，它主要用于实时控制、数据采集与处理、通信和测控等领域。
在智能车辆中，嵌入式系统起到了至关重要的作用，它能够实现车辆的自动驾驶、智能感知和互联互通等功能。
一、嵌入式系统在智能车辆中的应用1. 自动驾驶技术嵌入式系统通过搭载传感器和运动控制模块，实现车辆的自动驾驶功能。
通过对车辆周围环境的感知和分析，嵌入式系统能够进行智能决策和控制，实现车辆的自主导航、避障和路径规划等功能。
同时，嵌入式系统还能与其他智能设备和交通基础设施进行信息交互，提高车辆的安全性和行驶效率。
2. 智能感知技术嵌入式系统通过集成摄像头、雷达、激光雷达等传感器，能够实现对周围环境的感知和识别。
通过对图像、声音和数据的采集与处理，嵌入式系统能够识别道路标志、交通信号灯和行人等，以及分析车辆的运动状态和行驶路径。
这些智能感知技术能够帮助车辆实现智能导航、智能停车和交通流量优化等功能。
3. 互联互通技术嵌入式系统可以通过无线通信技术，实现车辆与车辆、车辆与基础设施之间的互联互通。
通过与其他车辆和交通基础设施的信息交互，嵌入式系统可以获取实时的交通状况和路况信息，并进行智能的路线选择和行驶控制。
同时，嵌入式系统还能与智能手机或车载设备进行互联，实现车内娱乐和远程控制等功能。
二、嵌入式系统在智能车辆中的控制策略1. 实时控制策略嵌入式系统在智能车辆中的实时控制策略是指通过对车辆的感知和分析，提供实时准确的控制指令。
嵌入式系统需要根据车辆的运动状态和周围环境的变化，实时调整车辆的制动、加速和转向等控制参数，以保证车辆的安全性和稳定性。
2. 数据采集与处理策略嵌入式系统在智能车辆中的数据采集与处理策略是指通过对车辆周围环境和车辆本身的数据进行采集和处理。
嵌入式系统需要实时采集车辆传感器的数据，并进行滤波、预测和分析，以获取准确的车辆状态和环境信息。
汽车嵌入式系统的开发流程(汽车电子技术)
输入信号由原有ECU通过旁路接口进行传递，并由ECU通过一个控制 流接口触发旁路函数的计算。当原有的ECU接收到旁路输出信号和检测其 拟真性后决定是否采用新输出值或转接到内部替代值。
常用的两种旁路技术工具：
ETAS公司的INTECRIO（如图6-12所示）和dSpace公司的MicroAutoBox （如图6-13所示）。
系统设计的错误不易发现； 软件与硬件协同调试困难； 排除错误花费时间较长； 模型实时性差； C程序移植性差。
7.1.2 V模式开发流程
可视化的V模式中，过程步骤和产品如图5-30所示，该过程覆盖了从设 计阶段的需求分析、功能设计与实现到组件、集成的测试再到最后的所有 工作。
V模式开发过程是如图5-31所示。开发过程为硬件和软件同时进行， 最后联合调试，如图5-32所示。
对于ECU能够处理的数据格式，Targetlink软件都能够提供相应的定标：2 底数幂定标；非2底数幂定标；含有0偏移限制或不含0偏移限制。如图6-15所 示。
Targetlink的主要特性和优点如表6-2、表6-3所示。
2019/6/29
现代汽车电子技术
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7.4 硬件在环测试
硬件在环测试是指采用真实的控制器，被控对象或者系统运行环境部 分采用实际的物体，部分采用实时数字模型来模拟，进行整个系统的仿真测 试。
基于模型化的功能设计有助于了解系统的功能，从而尽可能完整且无 矛盾地描述系统功能，并且在仿真模拟测试、功能校正和优化中体现更大 的灵活性和便利性。
技术系统结构必须考虑各种制约因素，如技术的和经济的制约，组织 结构和制造技术的约束。通过对逻辑系统结构分析和技术系统结构描述确 定技术系统结构，如图6-7所示。
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Compiler / Linker
ORTI
Target Microcontroller
Debugger / Emulator
osCAN的支持工具
与CAN、LIN及其它总线系统的嵌入式通信 和诊断软件组件无缝集成
CANbedded CANbedded LIN Communication
配置工具
OIL Configurator
总结和回顾
汽车电子嵌入式操作系统
OSEK/VDX体系中的操作系统
Vector的osCAN
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谢 谢！
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所有OS元素在编译之前被确定
RTOS
节省系统资源，提高运行速度，任务时间可预期
事件驱动系统
根据优先级决定任务执行顺序
中断响应快，实时性高
资源和中断管理
防止优先级倒置，死锁等现象出现
提高系统可靠性
OSEK OS 定义一致性类（CC）
系统可升级 根据需求扩展OS功能
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更复杂的 代码结构！
经济性
易用性
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软件发展趋势
代码量每年增长量超过25% 软件逻辑更加复杂，执行时间更长
不断需要增加、修改软件模块 软件开发人员数量增加，需要并行开发
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Vector的ECU嵌入式软件方案
Application Operating System
osCAN
Generation OIL Configuration CDDT
OIL
Flash Programming
CANfbl
Re-Programming
Communication Stack
Message handling CANbeddedDiagnostics Hardware control CAN / LIN communication
OIL
CANoe osCAN Library
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Timing Analyzer
简单易用——图形化的OS配置工具
图形化配置OS各种元素 一致性检查 生成OIL文件 生成osCAN源码
生成代码
…
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OSEK/VDX 操作系统
——国际标准的汽车电子实时操作系统
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OSEK/VDX产生背景
汽车电子嵌入式软件两大问题
兼容性差
不同OEM之间的协议差异大
供应商的开发周期长，成本高 版本管理难度高
重用性差
对于不同ECU非应用部分程序需要反复开发
汽车电子中的 嵌入式操作系统
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大纲
概述 实时操作系统
OSEK/VDX 操作系统
osCAN
osCAN相关工具链
汽车电子的发展
追求更强大的功能 动力性 舒适性 安全性
节点的复杂程度大大增加 更多的传感器 更多的电机 更多的存储设备 更复杂的控制算法
特定事 件
中断响应延迟时间
ISR(中断服务子程序)
高优先级任务
时间
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实时操作系统
操作系统中的 F1
更小，更快，更高度协调
龙者，大则兴云吐雾,小则隐介藏形
体积可裁减，适应各种硬件资源
真正的实时内核
保证所有重要任务在限制时间内完成
EEPROM 。。。
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嵌入式操作系统的作用
软件构架
Task1
Task2
Task3
Event
Task level
Event
ISR
Interrupt level
帮助建立合理的软件结构 去除各功能模块之间的耦合性 AUTOSAR
ORTI
OSEK Run Time Interface
FT COM
Fault-Tolerant Communication
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OSEK/VDX发展与标准化
1993 OSEK委员会成立 1994 与VDX联合
Resource
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嵌入式操作系统的作用
资源管理
Task1
RAM STACK
Task2
RAM STACK
SCI CAN SPI
合理管理RAM，堆栈等系统资源
防止不同任务对硬件设备的同时使用 实现应用程序和硬件平台的分离
CANdela Studio CDD Generation Tool Compiler Linker
ODX
Customer specific hardware
Executable
Data base
CANdb++
CANfbl
Flash Code
CANalyzer CANoe CANape
CAN
LIN
Physical bus
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大纲
概述 实时操作系统 OSEK/VDX 操作系统 Vector 的 osCAN osCAN的相关工具链
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osCAN支持工具流程
OIL Configurator
osCAN Source code
OIL
CANoe osCAN Library
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Timing Analyzer
osCAN支持工具流程
OIL Configurator
PC机上应用程序和操作系统仿真
CANoe osCAN Library
仿真和配置 RMA / DMA分析
Timing Analyzer
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osCAN支持工具流程
OIL Configurator
osCAN Source code
前后台系统的实时性
无操作系统的嵌入算法（前后台系统）
后台(任务级) 前台(中断级)
中断响应延迟时间
间
中断
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实时操作系统的实时性
嵌入式实时操作系统
低优先级任务 或空闲任务
(抢占式)
osCAN Source code
OIL
CANoe osCAN Library
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Timing Analyzer
CANoe osCAN Library – 在PC机上实现OSEK OS应用程序仿真
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e.g. Appl
OIL
Generator
OSEK OS
OSEK COM OSEK NM Compiler
Kernel
Version Control
Linker
Download
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OSEK OS的特点
静态操作系统
汽车电子软件开发实例
嵌入式操作系统
Temperature (Analog Input)
Resource
Button (I/O Port)
H W
Window Ctrl
HW
Rain Sensor (Analog Input)
Resource
Awning Ctrl
Light Sensor (Analog Input)
osCAN的相关工具链
osCAN开发流程
OIL OIL Configurator Generator
Editor
ECU
Generated configuration OS Source Code Tasks, Alarms, Events
Application Code
osCAN Operating System
TASK Stack 2 TASK
E
ExtTask 2
TASK
B
BasicTask 1
TASK
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