VxWorks操作系统指南
目 录
1. VxWorks操作系统概述 4
1.1.VxWorks 操作系统简介 4
1.2.VxWorks操作系统内核 5
1.3.任务管理 6
1.4.通信、同步和互斥机制 9
1.5.网络通信 11
1.6.中断服务程序 14
1.7.时间管理器 14
2.VxWorks应用指导 16
2.1.系统启动 17
2.2.应用系统配置
19
2.3.板级支持包BSP
21
2.4.VxWorks系统任务
23
2.5.应用软件开发指导
23
2.6.应用示例分析
25
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关键词:实时操作系统 任务 消息 VxWorks Tornado
摘 要:本文档对实时操作系统作了简要介绍,并针对VxWorks系统的特点进行了具体的说明和
分析,从VxWorks系统的任务管理、通信机制、系统配置、系统接口几个方面展开。
1. VxWorks操作系统概述
1.1. VxWorks 操作系统简介
实时多任务操作系统是能在确定的时间内执行其功能,并对外部的异步事件作出响应的计算机系
统。多任务环境允许一个实时应用作为一系列独立任务来运行,各任务有各自的线程和系统资
源。VxWorks系统提供多处理器间和任务间高效的信号灯、消息队列、管道、网络透明的套接
字。 实时系统的另一关键特性是硬件中断处理。为了获得最快速可靠的中断响应, VxWorks系
统的中断服务程序ISR有自己的上下文。
VxWorks实时操作系统由400多个相对独立的、短小精炼的目标模块组成,用户可根据需要
选择适当模块来裁剪和配置系统,这有效地保证了系统的安全性和可靠性。系统的链接器可按应
用的需要自动链接一些目标模块。这样,通过目标模块之间的按需组合,可得到许多满足功能需
求的应用。
VxWorks操作系统的基本构成模块包括以下部分:
高效的实时内核Wind
VxWOrks实时内核(Wind)主要包括基于优先级的任务调度、任务同步和通信、中断处理、定时
器和内存管理。
兼容实时系统标准POSIX
VxWOrks提供接口来支持实时系统标准P.1003.1b.
I/O系统
VxWOrks提供快速灵活的与ANSI-C相兼容的I/O系统,包括UNIX的缓冲I/O和实时系统标准
POSIX的异步I/O。VxWOrks包括以下驱动:
网络 --- 网络设备(以太网、共享内存)
管道 --- 任务间通信
RAM --- 驻留内存文件
SCSI --- SCSI硬盘,磁碟,磁带
键盘 --- PC x86键盘(BSP仅支持x86)
显示器 --- PC x86显示器(BSP仅支持x86)
磁碟 --- IDE和软盘(BSP仅支持x86)
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并口 --- PC格式的目标硬件
本机文件系统
I/O系统
VxWorks的文件系统与MS-DOS、RT-11、RAM、SCSI等相兼容。
网络特性
VxWorks 网 络 能 与 许 多 运 行 其 它 协 议 的 网 络 进 行 通 信 , 如 TCP/
IP、4.3BSD、NFS、UDP、SNMP、FTP等。VxWorks可通过网络允许任务存取文件到其它系统
中,并对任务进行远程调用。
虚拟内存(可选单元VxVMI)
VxVMI主要用于对指定内存区的保护,如内存块只读等,加强了系统的健壮性。
共享内存(可选单元VxMP)
VxMP主要用于多处理器上运行的任务之间的共享信号量、消息队列、内存块的管理。
驻留目标工具
Tornado集成环境中,开发工具工作于主机侧。驻留目标外壳、模块加载和卸载、符号表都可进
行配置。
Wind基类
VxWorks系统提供对C++的支持,并构造了系统基类函数。
工具库
VxWorks系统向用户提供丰富的系统调用,包括中断处理、定时器、消息注册、内存分配、字符
串转换、线性和环形缓冲区管理,以及标准ANSI-C程序库。
性能优化
VxWorks系统通过运行定时器来记录任务对CPU的利用率,从而进行有效地调整,合理安排任务
的运行,给定适宜的任务属性。
目标代理
目标代理可使用户远程调试应用程序。
板级支持包
板级支持包提供硬件的初始化、中断建立、定时器、内存映象等。
VxWorks仿真器(VxSim)
可选产品VxWorks仿真器,能模拟VxWorks目标机的运行,用于应用系统的分析。
1.2. VxWorks操作系统内核
VxWorks内核(wind)的基本功能可以分为如下几大类:
u 任务管理;
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u 事件和异步信号服务;
u 信号量服务;
u 消息队列服务;
u 内存管理;
u 中断服务程序;
u 时钟管理和定时器服务;
u 出错处理。
在以下各节中将对VxWorks内核的各类功能分别进行描述。
1.1. 任务管理
任务是代码运行的一个映象,从系统的角度看,任务是竞争系统资源的最小运行单
元。任务可以使用或等待CPU、I/O设备及内存空间等系统资源,并独立于其它任务,与
它们一起并发运行(宏观上如此)。VxWorks内核使任务能快速共享系统的绝大部分资
源,同时有独立的上下文来控制个别线程的执行。
1.1.1. 任务结构
多任务设计能随时打断正在执行着的任务,对内部和外部发生的事件在确定的时间里
作出响应。VxWorks实时内核Wind提供了基本的多任务环境。从表面上来看,多个任务
正在同时执行,实际上,系统内核根据某一调度策略让它们交替运行。系统调度器使用任
务控制块的数据结构(简记为TCB)来管理任务调度功能。任务控制块用来描述一个任
务,每一任务都与一个TCB关联。TCB包括了任务的当前状态、优先级、要等待的事件或
资源、任务程序码的起始地址、初始堆栈指针等信息。调度器在任务最初被激活时以及从
休眠态重新被激活时,要用到这些信息。
此外,TCB还被用来存放任务的"上下文"(context)。任务的上下文就是当一个执
行中的任务被停止时,所要保存的所有信息。在任务被重新执行时,必须要恢复上下文。
通常,上下文就是计算机当前的状态,也即各个寄存器的内容。如同在发生中断所要保存
的内容一样。当发生任务切换时,当前运行的任务的上下文被存入TCB,将要被执行的任
务的上下文从它的TCB中取出,放入各个寄存器中。于是转而执行这个任务,执行的起点
是前次它在运行时被中止的位置。
VxWorks中,内存地址空间不是任务上下文的一部分。所有的代码运行在同一地址空
间。如每一任务需各自的内存空间,需可选产品VxVMI的支持。
1.1.2. 任务状态和状态迁移
实时系统的一个任务可有多种状态,其中最基本的状态有四种:
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