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1、VxWorks嵌入式操作系統(tǒng),主要內容,VxWorks簡介,Tornado開發(fā)環(huán)境,BSP設計,設備驅動程序,VxWorks簡介,美國WindRiver公司于1983年設計開發(fā),良好的持續(xù)發(fā)展能力,高性能的內核,友好的用戶開發(fā)環(huán)境,良好的可靠性和卓越的實時性,VxWorks簡介,廣泛地應用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術及實時性要求極高的領域中，如衛(wèi)星通訊、軍事演習、彈道制導、飛機導航等,F-16、FA-18 戰(zhàn)斗機、B-2 隱形轟炸機和愛國者導彈上，甚至連1997年4月在火星表面登陸的火星探測器上也使用到了VxWorks,VxWorks簡介,何謂實時?,對于給定一個時間約束量,0,，如果

2、系統(tǒng),S,在,T1,時刻接受到輸入，在,T2,時刻給出合理的輸出，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,任務管理(調度策略),Wind,內核采用基于優(yōu)先級,（,0255,）,的搶占式調度法作為它的缺省策略，同時它也提供了輪轉調度法,VxWorks Kernel,任務管理(優(yōu)先級反轉),優(yōu)先級,時間,客觀上造成優(yōu)先級低的進程T2搶占優(yōu)先級高的進程T1,Vxworks解決方案:,優(yōu)先級繼承,在T1阻塞時,T3繼承T1的優(yōu)先級,VxWorks Kernel,任務管理(禁止調度),Wind,內核可通過調用,taskLock(),和,taskUnlock,（）,來使調度器起作用和失效。當一個任務調用,taskLock(),使調度器失效，任務運行時沒有基于優(yōu)先級的搶占發(fā)生。然而，如果任務被阻塞或

4、是懸置時，調度器從就緒隊列中取出最高優(yōu)先級的任務運行。當設置搶占禁止的任務解除阻塞，再次開始運行時，搶占又被禁止。這種搶占禁止防止任務的切換，但對中斷處理不起作用。,VxWorks Kernel,任務管理(API),taskSpawn(),創(chuàng)建（產生并激活）新任務,taskInit(),初始化一個新任務,taskActivate(),激活一個已初始化的任務,taskName(),由任務,ID,號得到任務名,taskNameToId,（）,由任務名得到任務,ID,號,taskPriorityGet(),獲得任務的優(yōu)先級,taskIsSuspended(),檢查任務是否被懸置,taskIsRead

5、y(),檢查任務是否準備運行,taskTcb(),得到一個任務控制塊的指針,taskDelete(),中止指定任務并釋放內存（僅任務堆棧和控制塊）,taskSafe(),保護被調用任務,taskSuspend(),懸置一個任務,taskResume(),恢復一個任務,taskRestart(,),重啟一個任務,taskDelay(),延遲一個任務,VxWorks Kernel,通信、同步和互斥機制,VxWorks,支持各種任務間通信機制，提供了多樣的任務間通信方式，主要有如下幾種：,共享內存，主要是數(shù)據(jù)的共享；,信號量，用于基本的互斥和任務同步；,消息隊列和管道，單CPU的消息傳送；,Sock

6、et,和遠程過程調用，用于網絡間任務消息傳送；,二進制信號，用于異常處理。,在多處理器之間的任務也可采用共享內存對象來實現(xiàn)任務間通信,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、同步和互斥機制(,共享內存),任務間通信的最簡單的方法是采用共享存儲區(qū)，也即相關的各個任務分享屬于它們的地址空間的同一內存區(qū)域。因為所有任務都存在于單一的線性地址空間，任務間,可以,共享數(shù)據(jù)。,全局,的,變量、線性隊列、環(huán)形隊列、鏈表、指針都可被運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.,VxWorks Kernel,通信、同步和互斥機制(,互斥),關

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

8、rks Kernel,通信、同步和互斥機制(,信號量 API,),semBCreate(),創(chuàng)建（產生并激活）一個二進制信號量,semMCreate(),創(chuàng)建（產生并激活）一個互斥信號量,semCCreate(),創(chuàng)建（產生并激活）制一個計數(shù)信號量,semDelete(),中止并刪除信號量,semTake,（）,獲得信號量,semGive(),釋放信號量,semFlush(),解鎖所有正等待某一信號量的任務,VxWorks Kernel,通信、同步和互斥機制(,消息隊列,),單處理器中任務間消息的傳送采用消息消息隊列。消息機制使用一個被各有關進程共享的消息隊列，任務之間經由這個消息隊列發(fā)送和接

9、收消息。,Wind,消息隊列管理：,msgQCreate(),創(chuàng)建（產生并激活）消息隊列,msgQDelete(),中止并自由信號量,msgQSend(),向消息隊列發(fā)送消息,msgQReceive(),從消息隊列接收消息,VxWorks Kernel,通信、同步和互斥機制(,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制，它是受驅動器,pipeDrv,（,VxWorks,所提供）管理的虛擬,I/O,設備,Note:任務調用標準的,I/O,函數(shù)打開、讀出、寫入管道,VxWorks Kernel,通信、同步和互斥機制(,網絡通信,),VxWorks,提供了如下一

10、些網絡工具完成信息傳送：,Sockets,完成運行在,VxWorks,系統(tǒng)或其它系統(tǒng)之間任務的消息傳送；,遠程過程調用（,RPC,）允許任務調用另一主機（運行的系統(tǒng)為,VxWorks,或是其它）上的過程。,遠程文件存取,VxWorks,任務可采用,NFS,、,RSH,、,FTP,、,TFTP,等方式遠程存取主機文件。,VxWorks Kernel,通信、同步和互斥機制(,網絡通信,組件),VxWorks Kernel,通信、同步和互斥機制(,Sockets,),VxWorks Kernel,中斷服務程序,intConnect(),將,C,函數(shù)和中斷向量聯(lián)結,intCount(),得到當前中斷套

11、疊深度,intLevelSet(),設置程序中斷級別,intLock(),使中斷禁止,intUnlock(),開中斷,intVecSet(),設置異常向量,intVecGet(),得到異常向量,VxWorks Kernel,時鐘管理,時鐘管理提供以下功能：,維護系統(tǒng)日歷時鐘；,在任務等待消息包、信號量、事件或內存段時的超時處理；,以一定的時間間隔或在特定的時間喚醒或發(fā)送告警到一個任務。,處理任務調度中的時間片輪循。,VxWorks Kernel,時鐘管理(API),tickAnnounce(),通知系統(tǒng)內核時鐘,“,滴答,”,tickSet(),設定內核時鐘計數(shù)器值,tickGet(),得到內

12、核時鐘計數(shù)器值,timer_create(),創(chuàng)建時鐘,timer_gettime(),獲得時鐘器給定值的當前剩余值,timer_settime(),設定時鐘值,timer_connect(),聯(lián)系用戶函數(shù)和時鐘信號,timer_cancel(),取消一個時鐘,sysClkRateSet(),系統(tǒng)時鐘速率設置,Tornado開發(fā)環(huán)境,集成環(huán)境,高效明晰的圖形化的實時應用開發(fā)平臺,完整的面向嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)和調測工具,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,中斷處理和產生,硬件時鐘和定時器管理,內存映射和分配,BSP,還包括,boot Rom,和其它啟動機制,sysLib,和,sysALib,庫是,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,設備驅動程序,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,設備驅動程序(I/O結構),I/O子系統(tǒng),Device Driver,IOLib,APP,對所支持的設備,VxWorks標準接口,設備驅動程序,驅動初始化例程,xxDrv(),安裝

15、驅動、分配數(shù)據(jù)結構、連接中斷服務例程、初始化硬件,設備創(chuàng)建,xxDevCreate(),給驅動增加一個設備，參數(shù)包括緩沖區(qū)大小、設備地址等,為設備初始化數(shù)據(jù)結構、信號量和硬件等,基本,I/O,功能,xxOpen(),xxRead(),xxWrite(),xxIoctl(),中斷服務例程,xxInterrupt(),應用軟件開發(fā)指導,任務劃分要合理,功能內聚性,時間緊迫性,周期執(zhí)行原則,防止死鎖、饑餓和優(yōu)先級翻轉,函數(shù)的可重入性（,Reentrancy,）正確運用,用戶任務優(yōu)先級確定,BSP及驅動開發(fā)指導,了解硬件及其操作,根據(jù)BSP或驅動模板編寫,對VxWorks支持的I/O,采用VxWorks標準接口,對VxWorks不支持的I/O,編寫自己的用戶接口(xxOpen,xxRead,xxWrite,xxIoctl,xxISR),回調機制,動態(tài)加載,