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1、VxWorks嵌入式操作系統(tǒng),主要內(nèi)容,VxWorks簡(jiǎn)介,Tornado開發(fā)環(huán)境,BSP設(shè)計(jì),設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序,VxWorks簡(jiǎn)介,美國(guó)WindRiver公司于1983年設(shè)計(jì)開發(fā),良好的持續(xù)發(fā)展能力,高性能的內(nèi)核,友好的用戶開發(fā)環(huán)境,良好的可靠性和卓越的實(shí)時(shí)性,VxWorks簡(jiǎn)介,廣泛地應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)域中，如衛(wèi)星通訊、軍事演習(xí)、彈道制導(dǎo)、飛機(jī)導(dǎo)航等,F-16、FA-18 戰(zhàn)斗機(jī)、B-2 隱形轟炸機(jī)和愛國(guó)者導(dǎo)彈上，甚至連1997年4月在火星表面登陸的火星探測(cè)器上也使用到了VxWorks,VxWorks簡(jiǎn)介,何謂實(shí)時(shí)?,對(duì)于給定一個(gè)時(shí)間約束量,0,，如果

2、系統(tǒng),S,在,T1,時(shí)刻接受到輸入，在,T2,時(shí)刻給出合理的輸出，且使,T2-T1 懸置態(tài),semTake()/msgQReceive(),就緒態(tài)-延遲態(tài),taskDelay(),就緒態(tài)-休眠態(tài),taskSuspend(),懸置態(tài)-就緒態(tài),semGive()/msgQSend(),懸置態(tài)-休眠態(tài),taskSuspend(),延遲態(tài)-就緒態(tài) expired delay,延遲態(tài)-休眠態(tài),taskSuspend(),休眠態(tài),-,就緒態(tài),taskResume()/taskActivate(),休眠態(tài),-,懸置態(tài),taskResume(),休眠態(tài),-,延遲態(tài),taskResume(),VxWorks K

3、ernel,任務(wù)管理(調(diào)度策略),Wind,內(nèi)核采用基于優(yōu)先級(jí),（,0255,）,的搶占式調(diào)度法作為它的缺省策略，同時(shí)它也提供了輪轉(zhuǎn)調(diào)度法,VxWorks Kernel,任務(wù)管理(優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)),優(yōu)先級(jí),時(shí)間,客觀上造成優(yōu)先級(jí)低的進(jìn)程T2搶占優(yōu)先級(jí)高的進(jìn)程T1,Vxworks解決方案:,優(yōu)先級(jí)繼承,在T1阻塞時(shí),T3繼承T1的優(yōu)先級(jí),VxWorks Kernel,任務(wù)管理(禁止調(diào)度),Wind,內(nèi)核可通過調(diào)用,taskLock(),和,taskUnlock,（）,來使調(diào)度器起作用和失效。當(dāng)一個(gè)任務(wù)調(diào)用,taskLock(),使調(diào)度器失效，任務(wù)運(yùn)行時(shí)沒有基于優(yōu)先級(jí)的搶占發(fā)生。然而，如果任務(wù)被阻塞或

4、是懸置時(shí)，調(diào)度器從就緒隊(duì)列中取出最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)運(yùn)行。當(dāng)設(shè)置搶占禁止的任務(wù)解除阻塞，再次開始運(yùn)行時(shí)，搶占又被禁止。這種搶占禁止防止任務(wù)的切換，但對(duì)中斷處理不起作用。,VxWorks Kernel,任務(wù)管理(API),taskSpawn(),創(chuàng)建（產(chǎn)生并激活）新任務(wù),taskInit(),初始化一個(gè)新任務(wù),taskActivate(),激活一個(gè)已初始化的任務(wù),taskName(),由任務(wù),ID,號(hào)得到任務(wù)名,taskNameToId,（）,由任務(wù)名得到任務(wù),ID,號(hào),taskPriorityGet(),獲得任務(wù)的優(yōu)先級(jí),taskIsSuspended(),檢查任務(wù)是否被懸置,taskIsRead

5、y(),檢查任務(wù)是否準(zhǔn)備運(yùn)行,taskTcb(),得到一個(gè)任務(wù)控制塊的指針,taskDelete(),中止指定任務(wù)并釋放內(nèi)存（僅任務(wù)堆棧和控制塊）,taskSafe(),保護(hù)被調(diào)用任務(wù),taskSuspend(),懸置一個(gè)任務(wù),taskResume(),恢復(fù)一個(gè)任務(wù),taskRestart(,),重啟一個(gè)任務(wù),taskDelay(),延遲一個(gè)任務(wù),VxWorks Kernel,通信、同步和互斥機(jī)制,VxWorks,支持各種任務(wù)間通信機(jī)制，提供了多樣的任務(wù)間通信方式，主要有如下幾種：,共享內(nèi)存，主要是數(shù)據(jù)的共享；,信號(hào)量，用于基本的互斥和任務(wù)同步；,消息隊(duì)列和管道，單CPU的消息傳送；,Sock

6、et,和遠(yuǎn)程過程調(diào)用，用于網(wǎng)絡(luò)間任務(wù)消息傳送；,二進(jìn)制信號(hào)，用于異常處理。,在多處理器之間的任務(wù)也可采用共享內(nèi)存對(duì)象來實(shí)現(xiàn)任務(wù)間通信,只是在系統(tǒng)配置上有所不同,通過組件支持COM/DCOM,VxWorks Kernel,通信、同步和互斥機(jī)制(,共享內(nèi)存),任務(wù)間通信的最簡(jiǎn)單的方法是采用共享存儲(chǔ)區(qū)，也即相關(guān)的各個(gè)任務(wù)分享屬于它們的地址空間的同一內(nèi)存區(qū)域。因?yàn)樗腥蝿?wù)都存在于單一的線性地址空間，任務(wù)間,可以,共享數(shù)據(jù)。,全局,的,變量、線性隊(duì)列、環(huán)形隊(duì)列、鏈表、指針都可被運(yùn)行在不同上下文的代碼所,引用.,但保證互斥使用是用戶的任務(wù).,VxWorks Kernel,通信、同步和互斥機(jī)制(,互斥),關(guān)

7、中斷,搶占禁止(taskLock),信號(hào)量鎖定資源等方法,一般來說，關(guān)中斷是最有效的解決互斥的方法。但這對(duì)于實(shí)時(shí)應(yīng)用來說，它阻止系統(tǒng)對(duì)外部事件的響應(yīng)，無法滿足實(shí)時(shí)性的要求。同樣，中斷延遲也是不能接受。,VxWorks Kernel,通信、同步和互斥機(jī)制(,信號(hào)量,),VxWorks,信號(hào)量提供最快速的任務(wù)間通信機(jī)制，它主要用于解決任務(wù)間的互斥和同步。針對(duì)不同類型的問題，有以下三種信號(hào)量：,二進(jìn)制信號(hào)量使用最快捷、最廣泛，主要用于同步或互斥；,互斥信號(hào)量主要用于優(yōu)先級(jí)繼承、安全刪除和回溯；,計(jì)數(shù)器 資源分配,Note:VxWorks,還提供,POSIX,信號(hào)量和多處理器上信號(hào)量的應(yīng)用。,VxWo

8、rks Kernel,通信、同步和互斥機(jī)制(,信號(hào)量 API,),semBCreate(),創(chuàng)建（產(chǎn)生并激活）一個(gè)二進(jìn)制信號(hào)量,semMCreate(),創(chuàng)建（產(chǎn)生并激活）一個(gè)互斥信號(hào)量,semCCreate(),創(chuàng)建（產(chǎn)生并激活）制一個(gè)計(jì)數(shù)信號(hào)量,semDelete(),中止并刪除信號(hào)量,semTake,（）,獲得信號(hào)量,semGive(),釋放信號(hào)量,semFlush(),解鎖所有正等待某一信號(hào)量的任務(wù),VxWorks Kernel,通信、同步和互斥機(jī)制(,消息隊(duì)列,),單處理器中任務(wù)間消息的傳送采用消息消息隊(duì)列。消息機(jī)制使用一個(gè)被各有關(guān)進(jìn)程共享的消息隊(duì)列，任務(wù)之間經(jīng)由這個(gè)消息隊(duì)列發(fā)送和接

9、收消息。,Wind,消息隊(duì)列管理：,msgQCreate(),創(chuàng)建（產(chǎn)生并激活）消息隊(duì)列,msgQDelete(),中止并自由信號(hào)量,msgQSend(),向消息隊(duì)列發(fā)送消息,msgQReceive(),從消息隊(duì)列接收消息,VxWorks Kernel,通信、同步和互斥機(jī)制(,管道),管道,是,用,VxWorks,的,I/O,系統(tǒng)提供一種靈活的消息傳送機(jī)制，它是受驅(qū)動(dòng)器,pipeDrv,（,VxWorks,所提供）管理的虛擬,I/O,設(shè)備,Note:任務(wù)調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)的,I/O,函數(shù)打開、讀出、寫入管道,VxWorks Kernel,通信、同步和互斥機(jī)制(,網(wǎng)絡(luò)通信,),VxWorks,提供了如下一

10、些網(wǎng)絡(luò)工具完成信息傳送：,Sockets,完成運(yùn)行在,VxWorks,系統(tǒng)或其它系統(tǒng)之間任務(wù)的消息傳送；,遠(yuǎn)程過程調(diào)用（,RPC,）允許任務(wù)調(diào)用另一主機(jī)（運(yùn)行的系統(tǒng)為,VxWorks,或是其它）上的過程。,遠(yuǎn)程文件存取,VxWorks,任務(wù)可采用,NFS,、,RSH,、,FTP,、,TFTP,等方式遠(yuǎn)程存取主機(jī)文件。,VxWorks Kernel,通信、同步和互斥機(jī)制(,網(wǎng)絡(luò)通信,組件),VxWorks Kernel,通信、同步和互斥機(jī)制(,Sockets,),VxWorks Kernel,中斷服務(wù)程序,intConnect(),將,C,函數(shù)和中斷向量聯(lián)結(jié),intCount(),得到當(dāng)前中斷套

11、疊深度,intLevelSet(),設(shè)置程序中斷級(jí)別,intLock(),使中斷禁止,intUnlock(),開中斷,intVecSet(),設(shè)置異常向量,intVecGet(),得到異常向量,VxWorks Kernel,時(shí)鐘管理,時(shí)鐘管理提供以下功能：,維護(hù)系統(tǒng)日歷時(shí)鐘；,在任務(wù)等待消息包、信號(hào)量、事件或內(nèi)存段時(shí)的超時(shí)處理；,以一定的時(shí)間間隔或在特定的時(shí)間喚醒或發(fā)送告警到一個(gè)任務(wù)。,處理任務(wù)調(diào)度中的時(shí)間片輪循。,VxWorks Kernel,時(shí)鐘管理(API),tickAnnounce(),通知系統(tǒng)內(nèi)核時(shí)鐘,“,滴答,”,tickSet(),設(shè)定內(nèi)核時(shí)鐘計(jì)數(shù)器值,tickGet(),得到內(nèi)

12、核時(shí)鐘計(jì)數(shù)器值,timer_create(),創(chuàng)建時(shí)鐘,timer_gettime(),獲得時(shí)鐘器給定值的當(dāng)前剩余值,timer_settime(),設(shè)定時(shí)鐘值,timer_connect(),聯(lián)系用戶函數(shù)和時(shí)鐘信號(hào),timer_cancel(),取消一個(gè)時(shí)鐘,sysClkRateSet(),系統(tǒng)時(shí)鐘速率設(shè)置,Tornado開發(fā)環(huán)境,集成環(huán)境,高效明晰的圖形化的實(shí)時(shí)應(yīng)用開發(fā)平臺(tái),完整的面向嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)和調(diào)測(cè)工具,Tornado開發(fā)環(huán)境,Tornado開發(fā)環(huán)境,Tornado開發(fā)環(huán)境,Tornado開發(fā)環(huán)境,Tornado開發(fā)環(huán)境,BSP(Board Support Package),BSP

13、在系統(tǒng)中的位置,BSP,BSP的作用,為各種目標(biāo)板的硬件功能提供了統(tǒng)一的軟件,它們包括：,硬件初始化,中斷處理和產(chǎn)生,硬件時(shí)鐘和定時(shí)器管理,內(nèi)存映射和分配,BSP,還包括,boot Rom,和其它啟動(dòng)機(jī)制,sysLib,和,sysALib,庫(kù)是,VxWorks,可移植的核心,BSP,BSP初試化一般過程,BSP初試化一般過程,BSP初試化一般過程,設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序,SIO(Serial I/O),END(Enhanced Network Driver),ttyDrv Terminal driver,ptyDrv Pseudo-terminal driver,pipeDrv Pipe driver,

14、memDrv Pseudo memory device driver,nfsDrv NFS client driver,netDrv Network driver for remote file access,ramDrv RAM driver for creating a RAM disk,scsiLib SCSI interface library,Other hardware-specific drivers,設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序(I/O結(jié)構(gòu)),I/O子系統(tǒng),Device Driver,IOLib,APP,對(duì)所支持的設(shè)備,VxWorks標(biāo)準(zhǔn)接口,設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序,驅(qū)動(dòng)初始化例程,xxDrv(),安裝

15、驅(qū)動(dòng)、分配數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、連接中斷服務(wù)例程、初始化硬件,設(shè)備創(chuàng)建,xxDevCreate(),給驅(qū)動(dòng)增加一個(gè)設(shè)備，參數(shù)包括緩沖區(qū)大小、設(shè)備地址等,為設(shè)備初始化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、信號(hào)量和硬件等,基本,I/O,功能,xxOpen(),xxRead(),xxWrite(),xxIoctl(),中斷服務(wù)例程,xxInterrupt(),應(yīng)用軟件開發(fā)指導(dǎo),任務(wù)劃分要合理,功能內(nèi)聚性,時(shí)間緊迫性,周期執(zhí)行原則,防止死鎖、饑餓和優(yōu)先級(jí)翻轉(zhuǎn),函數(shù)的可重入性（,Reentrancy,）正確運(yùn)用,用戶任務(wù)優(yōu)先級(jí)確定,BSP及驅(qū)動(dòng)開發(fā)指導(dǎo),了解硬件及其操作,根據(jù)BSP或驅(qū)動(dòng)模板編寫,對(duì)VxWorks支持的I/O,采用VxWorks標(biāo)準(zhǔn)接口,對(duì)VxWorks不支持的I/O,編寫自己的用戶接口(xxOpen,xxRead,xxWrite,xxIoctl,xxISR),回調(diào)機(jī)制,動(dòng)態(tài)加載,