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嵌入式操作系统VxWorks简介

2019-07-23 13:39发布

站内问答 / TI MCU
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VxWorks操作系统是美国WindRiver公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统（RTOS），是嵌入式开发环境的关键组成部分。良好的持续发展能力、高性能的内核以及友好的用户开发环境，在嵌入式实时操作系统领域占据一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、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。在美国的 F-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VxWorks。
WindRiver公司网址

实时操作系统和分时操作系统的区别
     从操作系统能否满足实时性要求来区分，可把操作系统分成分时操作系统和实时操作系统。  分时操作系统按照相等的时间片调度进程轮流运行，分时操作系统由调度程序自动计算进程的优先级，而不是由用户控制进程的优先级。这样的系统无法实时响应外部异步事件。    实时操作系统能够在限定的时间内执行完所规定的功能，并能在限定的时间内对外部的异步事件作出响应。分时系统主要应用于科学计算和一般实时性要求不高的场合。实时性系统主要应用于过程控制、数据采集、通信、多媒体信息处理等对时间敏感的场合。
VxWorks的特点
  • 可靠性
    操作系统的用户希望在一个工作稳定，可以信赖的环境中工作，所以操作系统的可靠性是用户首先要考虑的问题。而稳定、可靠一直是VxWorks的一个突出优点。自从对中国的销售解禁以来，VxWorks以其良好的可靠性在中国赢得了越来越多的用户。
  • 实时性
   实时性是指能够在限定时间内执行完规定的功能并对外部的异步事件作出响应的能力。实时性的强弱是以完成规定功能和作出响应时间的长短来衡量的。
    VxWorks的实时性做得非常好，其系统本身的开销很小，进程调度、进程间通信、中断处理等系统公用程序精练而有效，它们造成的延迟很短。VxWorks 提供的多任务机制中对任务的控制采用了优先级抢占（Preemptive Priority Scheduling）和轮转调度（Round-Robin Scheduling）机制，也充分保证了可靠的实时性，使同样的硬件配置能满足更强的实时性要求，为应用的开发留下更大的余地。
  • 可裁减性
   用户在使用操作系统时，并不是操作系统中的每一个部件都要用到。例如图形显示、文件系统以及一些设备驱动在某些嵌入系统中往往并不使用。  VxWorks由一个体积很小的内核及一些可以根据需要进行定制的系统模块组成。VxWorks 内核最小为 8kB，即便加上其它必要模块，所占用的空间也很小，且不失其实时、多任务的系统特征。由于它的高度灵活性，用户可以很容易地对这一操作系统进行定制或作适当开发，来满足自己的实际应用需要。
对一个实时内核的要求
一个实时操作系统内核需满足许多特定的实时环境所提出的基本要求，这些包括：
多任务：由于真实世界的事件的异步性，能够运行许多并发进程或任务是很重要的。多任务提供了一个较好的对真实世界的匹配，因为它允许对应于许多外部事件的多线程执行。系统内核分配CPU给这些任务来获得并发性。抢占调度：真实世界的事件具有继承的优先级，在分配CPU的时候要注意到这些优先级。基于优先级的抢占调度，任务都被指定了优先级，在能够执行的任务（没有被挂起或正在等待资源）中，优先级最高的任务被分配CPU资源。换句话说，当一个高优先级的任务变为可执行态，它会立即抢占当前正在运行的较低优先级的任务。

任务间的通讯与同步：在一个实时系统中，可能有许多任务作为一个应用的一部分执行。系统必须提供这些任务间的快速且功能强大的通信机制。内核也要提供为了有效地共享不可抢占的资源或临界区所需的同步机制。任务与中断之间的通信：尽管真实世界的事件通常作为中断方式到来，但为了提供有效的排队、优先化和减少中断延时，我们通常希望在任务级处理相应的工作。所以需要杂任务级和中断级之间存在通信。

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12条回答
edishen
2019-07-23 13:57
VxWorks 是美国 Wind River System 公司( 以下简称风河 公司 ，即 WRS 公司)推出的一个实时操作系统。Tornado 是WRS 公司推出的一套实时操作系统开发环境，类似Microsoft Visual C，但是提供了更丰富的调试、仿真环境和工具。

　　VxWorks 的组成

　　VxWorks操作系统有以下部件组成：

　　

　　内核(wind)

　　 多任务调度(采用基于优先级抢占方式，同时支持同优先级任务间的分时间片调度)

　　 任务间的同步

　　 进程间通信机制

　　 中断处理

　　 定时器和内存管理机制 

　　I/O 系统

　　VxWorks 提供了一个快速灵活的与 ANSI C 兼容的 I/O 系统，包括 UNIX 标准的Basic I/O(creat(), remove(), open(),close(), read(), write(), and ioctl().)，Buffer I/O (fopen(), fclose(), fread(), fwrite(), getc(), putc()) 以及POSIX 标准的异步 I/O。VxWorks 包括以下驱动程序：网络驱动、管道驱动、RAM盘驱动、SCSI驱动、键盘驱动、显示驱动、磁盘驱动、并口驱动等 

　　文件系统

　　支持四种文件系统： dosFs，rt11Fs，rawFs 和 tapeFs

　　支持在一个单独的 VxWorks 系统上同时并存几个不同的文件系统。

　　板级支持包 BSP(Board Support Package)

　　板级支持包向VxWorks操作系统提供了对各种板子的硬件功能操作的统一的软件接口，它是保证VxWorks操作系统可移植性的关键，它包括硬件初始化、中断的产生和处理、硬件时钟和计时器管理、局域和总线内存地址映射、内存分配等等。 每个板级支持包括一个 ROM 启动(Boot ROM)或其它启动机制。

　　

　　网络支持

　　它提供了对其它VxWorks系统和TCP/IP 网络系统的"透明"访问，包括与BSD套接字兼容的编程接口，远程过程调用(RPC)，SNMP(可选项)，远程文件访问(包括客户端和服务端的NFS机制以及使用RSH，FTP 或 TFTP的非NFS机制)以及BOOTP 和代理ARP、DHCP、DNS、OSPF、RIP。无论是松耦合的串行线路、标准的以太网连接还是紧耦合的利用共享内存的背板总线，所有的 VxWorks 网络机制都遵循标准的 Internet 协议。

　　

　　系列网络产品

　　 WindNet SNMP

　　 WindNet STREAMS

　　 WindNet 第三方产品，包括 OSI、SS7、ATM、Frame Relay、CORBA、ISDN、X.25、

　　 CMIP/GDMO、分布式网络管理等。

　　这些产品扩展了VxWorks的网络特性，并增强了嵌入式处理器的网络特性

　　 虚拟内存( VxVMI)与共享内存(VxMP)

　　VxVMI 为带有 MMU 的目标板提供了虚拟内存机制。

　　VxMP 提供了共享信号量，消息队列和在不同处理器之间的共享内存区域。

　　 目标代理(Target Agent)

　　目标代理遵循 WBD(Wind Debug)协议，允许目标机与主机上的 Tornado 开发工具相连。在目标代理的缺省设置中，目标代理是以 VxWorks 的一个任务tWdbTask 的形式运行的。

　　Tornado 目标服务器(Target Server)向目标代理发送调试请求。调试请求通常决定目标代理对系统中其它任务的控制和处理。缺省状态下，目标服务器与目标代理通过网络进行通信，但是用户也可以改变通信方式。

　　 实用库

　　VxWorks 提供了一个实用例程的扩展集，包括中断处理、看门狗定时器、消息登录、 内存分配、字符扫描、线缓冲和环缓冲管理、链表管理和 ANSI C 标准。

　　

　　基于目标机的工具

　　在 Tornado 开发系统中，开发工具是驻留在主机上的。但是也可以根据需要将基于目标机的Shell 和装载卸载模块加入 VxWorks。

　　嵌入式Vxworks系统的主要应用领域主要有以下几方面：

　　1.数据网络：如：以太网交换机、路由器、远程接入服务器等

　　2.远程通讯：如：电信用的专用分组交换机和自动呼叫分配器，蜂窝电话系统等

　　3.医疗设备：如：放射理疗设备

　　4.消费电子：如：个人数字助理等

　　5.交通运输：如：导航系统、高速火车控制系统等

　　6.工业：如：机器人

　　7.航空航天：如：卫星跟踪系统

　　8.多媒体：如：电视会议设备

　　9.计算机外围设备：如：X终端、I/O 系统等

　　总之，VxWorks的系统结构是一个相当小的微内核的层次结构。内核仅提供多任务环境、进程间通信和同步功能。这些功能模块足够支持VxWorks在较高层次所提供的丰富的性能的要求。

　　VxWorks6.0版本新增功能：

　　风河通用平台VxWorks版(GPP)是所有设备软件应用程序的首要基础平台。此通用平台基于全球应用最广泛的运行时操作系统--VxWorks而构建。最新版本(VxWorks 6.1)中的各运行时组件可向后兼容VxWorks的早期版本。此最新版本包含了增强的内存保护、容错管理，并支持最新的网络和安全协议以及设备与企业间的连通性。

　　通用平台组合了最为严格和确定性的实时操作系统，其产品完全集成了现有的产品开发解决方案，从而能够满足贵企业的各种苛刻需求。它无缝集成了业界标准的RTOS(VxWorks 6.1)、功能强大的开发套件(Workbench 2.3)、网络和安全协议、用于工程人员快速启动项目的培训以及迅速扩展您开发团队综合技能的各种专业服务。

　　新增功能：

　　通用平台VxWorks 3.1版扩展了的3.0功能：它扩展了架构支持、多处理器消息处理(基于业界标准的开源式TIPC协议)、增强了网络堆栈以及支持风河Workbench的最新版本。

　　支持下述新架构

　　- ARM 9, ARM 11

　　- Intel Pentium M

　　- Intel XScale

　　- Renesas SuperH-4, SuperH-4a

　　* 支持通用平台VxWorks 3.0版中的所有架构和BSP

　　* 多处理器消息通道(基于TIPC协议)

　　* 网络堆栈包括PPP、PPPoE以及多链路PPP

　　* 风河Workbench 2.3

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