1、VxWorks嵌入式操作系统中南大学信息科学与工程学院胡小龙主要内容nVxWorks简介nTornado开发环境nBSP设计n设备驱动程序VxWorks简介n美国WindRiver公司于1983年设计开发n良好的持续发展能力n高性能的内核n友好的用户开发环境n良好的可靠性和卓越的实时性VxWorks简介n广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中，如卫星通讯、军事演习、弹道制导、飞机导航等nF-16、FA-18 战斗机、B-2 隐形轰炸机和爱国者导弹上，甚至连1997年4月在火星表面登陆的火星探测器上也使用到了VxWorksVxWorks简介何谓实时?n对于给定一个
2、时间约束量 0，如果系统S在T1时刻接受到输入，在T2时刻给出合理的输出，且使T2-T1 悬置态 semTake()/msgQReceive()就绪态-延迟态 taskDelay()就绪态-休眠态 taskSuspend()悬置态-就绪态 semGive()/msgQSend()悬置态-休眠态 taskSuspend()延迟态-就绪态 expired delay延迟态-休眠态 taskSuspend()休眠态-就绪态 taskResume()/taskActivate()休眠态-悬置态 taskResume()休眠态-延迟态 taskResume()VxWorks Kerneln任务管理(调度
3、策略)Wind内核采用基于优先级（0255）的抢占式调度法作为它的缺省策略，同时它也提供了轮转调度法 VxWorks Kerneln任务管理(优先级反转)优先级时间客观上造成优先级低的进程T2抢占优先级高的进程T1Vxworks解决方案:优先级继承,在T1阻塞时,T3继承T1的优先级T3:获取资源RT1:获取资源R,阻塞T3:执行T2:抢占T3T3:释放RT1:获得资源R,执行VxWorks Kerneln任务管理任务管理(禁止调度禁止调度)Wind内核可通过调用taskLock()和taskUnlock（）来使调度器起作用和失效。当一个任务调用taskLock()使调度器失效，任务运行时没有
4、基于优先级的抢占发生。然而，如果任务被阻塞或是悬置时，调度器从就绪队列中取出最高优先级的任务运行。当设置抢占禁止的任务解除阻塞，再次开始运行时，抢占又被禁止。这种抢占禁止防止任务的切换，但对中断处理不起作用。VxWorks Kerneln任务管理任务管理(API)taskSpawn()创建（产生并激活）新任务taskInit()初始化一个新任务taskActivate()激活一个已初始化的任务taskName()由任务ID号得到任务名taskNameToId（）由任务名得到任务ID号taskPriorityGet()获得任务的优先级taskIsSuspended()检查任务是否被悬置taskI
5、sReady()检查任务是否准备运行taskTcb()得到一个任务控制块的指针taskDelete()中止指定任务并释放内存（仅任务堆栈和控制块）taskSafe()保护被调用任务taskSuspend()悬置一个任务taskResume()恢复一个任务taskRestart()重启一个任务taskDelay()延迟一个任务 VxWorks Kerneln通信、同步和互斥机制通信、同步和互斥机制VxWorks支持各种任务间通信机制，提供了多样的任务间通信方式，主要有如下几种：n共享内存，主要是数据的共享；n信号量，用于基本的互斥和任务同步；n消息队列和管道，单CPU的消息传送；nSocket和
6、远程过程调用，用于网络间任务消息传送；n二进制信号，用于异常处理。n在多处理器之间的任务也可采用共享内存对象来实现任务间通信,只是在系统配置上有所不同 n通过组件支持COM/DCOM VxWorks Kerneln通信、同步和互斥机制通信、同步和互斥机制(共享内存)任务间通信的最简单的方法是采用共享存储区，也即相关的各个任务分享属于它们的地址空间的同一内存区域。因为所有任务都存在于单一的线性地址空间，任务间可以共享数据。n全局的变量、线性队列、环形队列、链表、指针都可被运行在不同上下文的代码所引用.n但保证互斥使用是用户的任务.VxWorks Kerneln通信、同步和互斥机制通信、同步和互斥
7、机制(互斥)n关中断n抢占禁止(taskLock)n信号量锁定资源等方法 一般来说，关中断是最有效的解决互斥的方法。但这对于实时应用来说，它阻止系统对外部事件的响应，无法满足实时性的要求。同样，中断延迟也是不能接受。VxWorks Kerneln通信、同步和互斥机制通信、同步和互斥机制(信号量)VxWorks信号量提供最快速的任务间通信机制，它主要用于解决任务间的互斥和同步。针对不同类型的问题，有以下三种信号量：n二进制信号量使用最快捷、最广泛，主要用于同步或互斥；n互斥信号量 主要用于优先级继承、安全删除和回溯；n计数器 资源分配Note:VxWorks还提供POSIX信号量和多处理器上信号
8、量的应用。VxWorks Kerneln通信、同步和互斥机制通信、同步和互斥机制(信号量 API)semBCreate()创建（产生并激活）一个二进制信号量semMCreate()创建（产生并激活）一个互斥信号量semCCreate()创建（产生并激活）制一个计数信号量semDelete()中止并删除信号量semTake（）获得信号量semGive()释放信号量semFlush()解锁所有正等待某一信号量的任务 VxWorks Kerneln通信、同步和互斥机制通信、同步和互斥机制(消息队列)单处理器中任务间消息的传送采用消息消息队列。消息机制使用一个被各有关进程共享的消息队列，任务之间经由这
9、个消息队列发送和接收消息。Wind 消息队列管理：msgQCreate()创建（产生并激活）消息队列msgQDelete()中止并自由信号量msgQSend()向消息队列发送消息msgQReceive()从消息队列接收消息VxWorks Kerneln通信、同步和互斥机制通信、同步和互斥机制(管道)管道是用VxWorks的I/O系统提供一种灵活的消息传送机制，它是受驱动器pipeDrv（VxWorks所提供）管理的虚拟I/O设备 Note:任务调用标准的I/O函数打开、读出、写入管道 VxWorks Kerneln通信、同步和互斥机制通信、同步和互斥机制(网络通信)VxWorks提供了如下一些
10、网络工具完成信息传送：nSockets 完成运行在VxWorks系统或其它系统之间任务的消息传送；n远程过程调用（RPC）允许任务调用另一主机（运行的系统为VxWorks或是其它）上的过程。n远程文件存取 VxWorks任务可采用NFS、RSH、FTP、TFTP等方式远程存取主机文件。VxWorks Kerneln通信、同步和互斥机制通信、同步和互斥机制(网络通信组件)rlogintelnetSourceDebuggerNFSRSHFTPTFTPXW indowsProtocolRPCZbufifaceSocketsSNM Pv1/v2TCPUDPIP+ICM PEthernetBackpla
11、neCustom InterfaceSLIP/CSLIPPPPnetDrv远 程 执 行 命 令远 程 文 件 存 取远 程 登 录VxWorks Kerneln通信、同步和互斥机制通信、同步和互斥机制(Sockets)服务器socket()bind()listen()accept()阻塞，等待客户数据read()write()close()close()read()write()connect()socket()处理服务请求客户机建立链接请求数据应答数据VxWorks Kerneln中断服务程序 intConnect()将C函数和中断向量联结intCount()得到当前中断套叠深度intLe
12、velSet()设置程序中断级别intLock()使中断禁止intUnlock()开中断intVecSet()设置异常向量intVecGet()得到异常向量VxWorks Kerneln时钟管理时钟管理 时钟管理提供以下功能：n维护系统日历时钟；n在任务等待消息包、信号量、事件或内存段时的超时处理；n以一定的时间间隔或在特定的时间唤醒或发送告警到一个任务。n处理任务调度中的时间片轮循。VxWorks Kerneln时钟管理时钟管理(API)API)tickAnnounce()通知系统内核时钟“滴答”tickSet()设定内核时钟计数器值tickGet()得到内核时钟计数器值timer_crea
13、te()创建时钟timer_gettime()获得时钟器给定值的当前剩余值timer_settime()设定时钟值timer_connect()联系用户函数和时钟信号timer_cancel()取消一个时钟sysClkRateSet()系统时钟速率设置Tornado开发环境n集成环境 n高效明晰的图形化的实时应用开发平台 n完整的面向嵌入式系统的开发和调测工具 Tornado开发环境Tornado开发环境Tornado开发环境Tornado开发环境Tornado开发环境BSP(Board Support Package)nBSP在系统中的位置BSPBSP的作用的作用n为各种目标板的硬件功能提供
14、了统一的软件它们包括：n硬件初始化n中断处理和产生n硬件时钟和定时器管理n内存映射和分配nBSP还包括boot Rom和其它启动机制nsysLib和sysALib库是VxWorks可移植的核心BSPBSP初试化一般过程BSP初试化一般过程BSP初试化一般过程设备驱动程序nSIO(Serial I/O)nEND(Enhanced Network Driver)nttyDrv Terminal driver nptyDrv Pseudo-terminal drivernpipeDrv Pipe drivernmemDrv Pseudo memory device drivernnfsDrv NFS
15、 client drivernnetDrv Network driver for remote file accessnramDrv RAM driver for creating a RAM disknscsiLib SCSI interface library nOther hardware-specific drivers设备驱动程序(I/O结构)I/O子系统Device DriverIOLibAPP对所支持的设备VxWorks标准接口设备驱动程序n驱动初始化例程xxDrv()n安装驱动、分配数据结构、连接中断服务例程、初始化硬件n设备创建xxDevCreate()n给驱动增加一个设备，
16、参数包括缓冲区大小、设备地址等n为设备初始化数据结构、信号量和硬件等n基本I/O功能nxxOpen()nxxRead()nxxWrite()nxxIoctl()n中断服务例程xxInterrupt()应用软件开发指导n任务划分要合理任务划分要合理n功能内聚性 n时间紧迫性 n周期执行原则 n防止死锁、饥饿和优先级翻转防止死锁、饥饿和优先级翻转n函数的可重入性（函数的可重入性（Reentrancy）正确运正确运用用 n用户任务优先级确定用户任务优先级确定 BSP及驱动开发指导n了解硬件及其操作n根据BSP或驱动模板编写n对VxWorks支持的I/O,采用VxWorks标准接口n对VxWorks不支持的I/O,编写自己的用户接口(xxOpen,xxRead,xxWrite,xxIoctl,xxISR)回调机制,动态加载BSP及驱动开发指导nISRn尽量精简,并注意有先级n与进程之间进行通信n不能调用阻塞调用nVolatile的使用nCache一致性,CacheFlush()n存储器影射,了解条件编译#pragma pack(1)
