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VxWorks SMP 多核编程指南

作者：张锴

本文摘自 vxworks_kernel_programmers_guide_6.8 第 24 章

1. 介绍

VxWorks SMP 是风河公司为 VxWorks 设计的 symmetric multiprocessing（SMP）系统。

它与风河公司的 uniporcessor（UP）系统一样，具备实时操作系统的特性。

本章节介绍了风河 VxWorks SMP 系统的特点。介绍了 VxWorks SMP 的配置过程、它

与 UP 编程的区别，还有就是如何将 UP 代码移植为 SMP 代码。

2. 关于 VxWorks SMP

多核系统指的是一个系统中包含两个或两个以上的处理单元。SMP 是多核技巧中的一

个，它的主要特点是一个 OS 运行在多个处理单元上，并且内存是共享的。另一种多核技

巧是 asymmetric multiprocessing（AMP）系统，即多个处理单元上运行多个 OS。

（1）技术特点

关于 CPU 与处理器的概念在很多计算机相关书籍里有所介绍。但是，在此我们仍要对

这二者在 SMP 系统中的区别进行详细说明。

CPU：一个 CPU 通常使用 CPU ID、物理 CPU 索引、逻辑 CPU 索引进行标示。一个

CPU ID 通常由系统固件和硬件决定。物理 CPU 索引从 0 开始，系统从 CPU0 开始启动，随

着 CPU 个数的增加，物理 CPU 索引也会增加。逻辑 CPU 索引指的是 OS 实例。例如，UP

系统中逻辑 CPU 的索引永远是 0；对于一个 4 个 CPU 的 SMP 系统而言，它的 CPU 逻辑索

引永远是 0 到 3，无论硬件系统中 CPU 的个数。

处理器(processor)：是一个包含一个 CPU 或多个 CPU 的硅晶体单元。

多处理器(multiprocessor)：在一个独立的硬件环境中包含两个以上的处理器。

单核处理器(uniprocessor)：一个包含了一个 CPU 的硅晶体单元。

例如：a dual-core MPC8641D 指的是一个处理器上有两个 CPU；a quad-core Broadcom

1480 指的是一个处理器上有四个 CPU。

在 SMP 系统上运行 UP 代码总会遇到问题，即使将 UP 代码进行了更新，也很难保证

代码很好的利用了 SMP 系统的特性。对于在 SMP 上运行的代码，我们分为两个级别：

SMP-ready：虽然可以正常的运行在 SMP 系统上，但是并没有很充分的利用 SMP 系统

的特点，即没有利用到多核处理器的优势；

SMP-optimized：不仅可以正常的运行在 SMP 系统上，而且还能很好的利用 SMP 系统

的特点，使用多个 CPU 使多个任务可以同时执行，提高系统的效率，比 UP 系统的效果更

加明显。

（2） VxWorks SMP OS 特点

VxWorks 单核编程（UP）与 SMP 编程在多数情况下是一样的。类似的，多数 API 在

UP 和 SMP 编程中是通用的。一些少数 UP 编程中的 API 不能在 SMP 中使用。与此同时，

SMP 中的一些 API 在 UP 中使用时表现的不是 SMP 中的效果，而是默认 UP 的效果，或者

压根就不能使用（例如，task spinlock 默认表现为 task lock）。

本小节将简短介绍一下 VxWorks 的对称多处理器的一些特点：

多任务：对于传统的 UP 系统而言，处理多任务的方法是通过任务优先级对 CPU 资源

进行抢占式处理的。而 SMP 系统则改变了这种方法，它是实实在在的任务、中断的同时执

行。实现同时执行的关键是多个任务可以在不同的 CPU 上执行，当然这需要 OS 的协调控

制。对于 UP 系统中多任务所谓的同时执行，其实只不过是 CPU 的快速切换，占有 CPU 的

任务由一个快速切换到另一个。在 SMP 系统中，同时执行不是幻想而是实实在在存在的。

任务调度机制：VxWorks SMP 系统中的任务调度机制与 UP 中的类似，都是基于优先

级的。不同的是，当不同的任务运行在不同的 CPU 上时，可以实现两个任务的同时执行。

互斥：由于 SMP 系统允许任务同时运行的情况存在，因此，在 UP 系统中通过关中断、

锁任务调度等这些保护临界资源的手段在 SMP 系统中将不再适用。这种在所有 CPU 上通

过强行关闭中断、锁任务调度的方法会影响到 SMP 系统发挥它的特点，将 SMP 系统带回

到 UP 系统的模式。VxWorks SMP 提供一套特殊的任务间、中断间同步/互斥的方法——即

UP 中的 taskLock()和 intLock()等将会被 VxWorks SMP 提供的 spinlock，原子操作以及 CPU-

specific 等机制替代。

CPU-Affinity：默认情况下，任意任务可以运行在任意 CPU 上。VxWorks SMP 提供了

一种叫做 CPU-Affinity 的机制，即可以分配任务到指定 CPU（CPU 逻辑索引）上执行。

（3） VxWorks SMP 硬件特点

VxWorks SMP 系统要求硬件必须具备对称多处理器。这些处理器必须是一样的，处理

器可以共享内存、可以平等的访问所有设备。 VxWorks SMP 必须遵循 uniform memory

access (UMA)结构。

图 1 显示了一个双 CPU 的 SMP 系统

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