第三章vxWorks操作系统基本概念(1)PPT课件
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VxWorks操作系统基础(适合初学者阅读)2024新版
提供最基本的系统服务，如任务调度、内存管理、中断处理等。
系统库（System Library）
提供一系列操作系统服务，如文件操作、网络协议栈等。
驱动程序（Device Drivers）
与硬件设备交互，实现对硬件设备的控制和管理。
内核组成及作用
内核组成及作用
01
内核的主要作用包括
02 管理系统资源，如CPU、内存、I/O设备等 。
06
VxWorks文件系统操作指南
文件系统类型及特点介绍
RAM-based File System
基于RAM的文件系统，读写速度快，但数据在 关机后丢失。
TrueFFS
Wind River特有的闪存文件系统，提供磨损均 衡和掉电保护功能。
ABCD
DOS File System (dosFs)
兼容MS-DOS的文件系统，支持FAT12、FAT16 和FAT32格式。
01
VxWorks操作系统概述
VxWorks操作系统定义
VxWorks是一款由美国风河公司（ Wind River）开发的嵌入式实时操 作系统（RTOS），专为需要实时响 应和高可靠性的应用而设计。
VxWorks提供了丰富的中间件和开发 工具，支持多种处理器架构和硬件平 台，广泛应用于航空、航天、通信、 医疗、工业自动化等领域。
在ISR中处理完中断事件后， 需要及时清除中断标志，避 免重复处理。
中断优先级设置和嵌套处理
01
VxWorks支持多级中断优先级，高优先级的中断可以打断低优先 级的中断处理。
02
中断优先级可以通过配置文件或动态调整进行设置，以满 足不同应用场景的需求。
03
在处理中断时，如果发生更高优先级的中断请求， VxWorks会自动保存当前中断的上下文信息，并跳转到更 高优先级的中断处理程序中。处理完成后，再恢复之前中 断的上下文信息并继续执行。这种机制称为中断嵌套处理 。
系统库（System Library）
提供一系列操作系统服务，如文件操作、网络协议栈等。
驱动程序（Device Drivers）
与硬件设备交互，实现对硬件设备的控制和管理。
内核组成及作用
内核组成及作用
01
内核的主要作用包括
02 管理系统资源，如CPU、内存、I/O设备等 。
06
VxWorks文件系统操作指南
文件系统类型及特点介绍
RAM-based File System
基于RAM的文件系统，读写速度快，但数据在 关机后丢失。
TrueFFS
Wind River特有的闪存文件系统，提供磨损均 衡和掉电保护功能。
ABCD
DOS File System (dosFs)
兼容MS-DOS的文件系统，支持FAT12、FAT16 和FAT32格式。
01
VxWorks操作系统概述
VxWorks操作系统定义
VxWorks是一款由美国风河公司（ Wind River）开发的嵌入式实时操 作系统（RTOS），专为需要实时响 应和高可靠性的应用而设计。
VxWorks提供了丰富的中间件和开发 工具，支持多种处理器架构和硬件平 台，广泛应用于航空、航天、通信、 医疗、工业自动化等领域。
在ISR中处理完中断事件后， 需要及时清除中断标志，避 免重复处理。
中断优先级设置和嵌套处理
01
VxWorks支持多级中断优先级，高优先级的中断可以打断低优先 级的中断处理。
02
中断优先级可以通过配置文件或动态调整进行设置，以满 足不同应用场景的需求。
03
在处理中断时，如果发生更高优先级的中断请求， VxWorks会自动保存当前中断的上下文信息，并跳转到更 高优先级的中断处理程序中。处理完成后，再恢复之前中 断的上下文信息并继续执行。这种机制称为中断嵌套处理 。
最新整理嵌入式实时操作系统VxWorks.ppt
• VxWorks只占用很小的存储空间，并可高 度剪裁，保证了系统能以较高的效率运行
VxWorks体系结构框图
板级支持包：Board Support Package
板级支持包对各种板子的硬件功能提供了统一的
软件接口，包括
硬件初始化
TCP/IP协议栈和
IVI//OOxW系 系UP文V这能oIV统统ONr/xOk件些够xSWI，sWX系Idrr将t提X系设灵a网管RS键显磁并otao标包o1pwr统C标A整s供1rk统备活e络道盘示盘口FkFS准括FsFM准ss个提支中了sIs：都的s驱驱驱驱驱驱包：驱：：的盘、的盘供持，一使在动动动动动动每括与动原一缓驱T实V异作适的普个r用设： ： ， ： ， ，个以M，生u种冲动x用步为用 文 通e快W中 硬 局 内一 备S用 用 用 用 用 用B下用文F与I：高 包中 看 消 内 字 线 链 和-/库IoS一于 件 数F速断 件 域 存DO个 驱/于 于 于 于 于 于驱于件rRPO用性 括S断 门 息 存 符 缓 表 AkO个实 系 据灵包的 时 和 分T、标 动网 任xxIPs动采 任 进 中 看 内NS系S于能 ：D处 狗 登 分 扫 冲 管提188CC文时 统 文活括产 钟 总 配S兼C1准 程络 务66程E用 务 程 断 门 存统风常的S理 计 录 配 描 和 理I供操V键d/件系 包 件的一生 和 线 等容I接序AC通 间序R基 间 间 处 狗 管格G设驻实、 时 、 、 、 环了作盘T标o，统 括 、、个和 计 内 等的口上A信 通：于 同 通 理 理Am备的内时器 缓一系，准文允应 ： 外与R处 时 存设文，移F， 信优 步 信 机目存操、 冲个统Os仅本许用 部A备理 器 的件从植支先 机 机 制M标的作管实兼N存显根的 设，管 地系而持启级 制 制S机文系理用容在示据快 备I仅理 址统使多动的件统C、例的于，偏速 都存映得兼种或、核程文x仅移文 统在射文容8网其可心扩件6存读件一于件的卡B他抢：展系S在写系作x系启占PW8集统于磁统为6统动的iB，n网x盘文dS机多8包P络6的件制任B括驱一处S务P动部理调分度
VxWorks体系结构框图
板级支持包：Board Support Package
板级支持包对各种板子的硬件功能提供了统一的
软件接口，包括
硬件初始化
TCP/IP协议栈和
IVI//OOxW系 系UP文V这能oIV统统ONr/xOk件些够xSWI，sWX系Idrr将t提X系设灵a网管RS键显磁并otao标包o1pwr统C标A整s供1rk统备活e络道盘示盘口FkFS准括FsFM准ss个提支中了sIs：都的s驱驱驱驱驱驱包：驱：：的盘、的盘供持，一使在动动动动动动每括与动原一缓驱T实V异作适的普个r用设： ： ， ： ， ，个以M，生u种冲动x用步为用 文 通e快W中 硬 局 内一 备S用 用 用 用 用 用B下用文F与I：高 包中 看 消 内 字 线 链 和-/库IoS一于 件 数F速断 件 域 存DO个 驱/于 于 于 于 于 于驱于件rRPO用性 括S断 门 息 存 符 缓 表 AkO个实 系 据灵包的 时 和 分T、标 动网 任xxIPs动采 任 进 中 看 内NS系S于能 ：D处 狗 登 分 扫 冲 管提188CC文时 统 文活括产 钟 总 配S兼C1准 程络 务66程E用 务 程 断 门 存统风常的S理 计 录 配 描 和 理I供操V键d/件系 包 件的一生 和 线 等容I接序AC通 间序R基 间 间 处 狗 管格G设驻实、 时 、 、 、 环了作盘T标o，统 括 、、个和 计 内 等的口上A信 通：于 同 通 理 理Am备的内时器 缓一系，准文允应 ： 外与R处 时 存设文，移F， 信优 步 信 机目存操、 冲个统Os仅本许用 部A备理 器 的件从植支先 机 机 制M标的作管实兼N存显根的 设，管 地系而持启级 制 制S机文系理用容在示据快 备I仅理 址统使多动的件统C、例的于，偏速 都存映得兼种或、核程文x仅移文 统在射文容8网其可心扩件6存读件一于件的卡B他抢：展系S在写系作x系启占PW8集统于磁统为6统动的iB，n网x盘文dS机多8包P络6的件制任B括驱一处S务P动部理调分度
vxworks课件
2 微内核wind 微内核wind 系统结构 VxWorks 是由一个 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 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,其不失实时,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
第一节 VxWorks操作系统的 VxWorks操作系统的 基本构成
3 网络系统
VxWorks支持两种形式的网络 VxWorks支持两种形式的网络 驱动,一种是BSD驱动支持通用的 驱动,一种是BSD驱动支持通用的 BSD4.4网络,API,结构等和大多数 BSD4.4网络,API,结构等和大多数 BSD网络的驱动类似.另一种是END BSD网络的驱动类似.另一种是END 网络驱动, VxWorks独有的, 网络驱动,是VxWorks独有的,根据 VxWorks MUX接口编程,不过END驱 MUX接口编程,不过END驱 动在底层也要转换成BSD的形式. 动在底层也要转换成BSD的形式.
第一节 VxWorks操作系统的 VxWorks操作系统的 第二节 开发工具tornado 开发工具tornado 基本构成
2 微内核wind 微内核wind
在VxWorks 下,任何子程序 都可产生具有自身的上下文和堆 栈的单独任务.其它的基本任务 控制程序可使任务悬挂,重开, 删除,延迟和改变优先级.
�
第一节 VxWorks操作系统的 VxWorks操作系统的 基本构成
1
板级支持包BSP 板级支持包BSP
所谓初始化是指从系统上电复位 开始直到wind kernel和usrRoot根任务 开始直到wind kernel和usrRoot根任务 启动这段时间系统的执行过程.驱动 程序就是一些包含I/O操作的子函数. 程序就是一些包含I/O操作的子函数. 初始化包括CPU Init, 初始化包括CPU Init,Board Init 和System Init.CPU Init初始化CPU的 Init. Init初始化CPU的 内部寄存器.Board Init初始化智能 内部寄存器.Board Init初始化智能 I/O的寄存器,将device打通.System I/O的寄存器,将device打通.System Init为系统的运行准备数据结构,进行 Init为系统的运行准备数据结构,进行
第一节 VxWorks操作系统的 VxWorks操作系统的 基本构成
3 网络系统
VxWorks支持两种形式的网络 VxWorks支持两种形式的网络 驱动,一种是BSD驱动支持通用的 驱动,一种是BSD驱动支持通用的 BSD4.4网络,API,结构等和大多数 BSD4.4网络,API,结构等和大多数 BSD网络的驱动类似.另一种是END BSD网络的驱动类似.另一种是END 网络驱动, VxWorks独有的, 网络驱动,是VxWorks独有的,根据 VxWorks MUX接口编程,不过END驱 MUX接口编程,不过END驱 动在底层也要转换成BSD的形式. 动在底层也要转换成BSD的形式.
第一节 VxWorks操作系统的 VxWorks操作系统的 第二节 开发工具tornado 开发工具tornado 基本构成
2 微内核wind 微内核wind
在VxWorks 下,任何子程序 都可产生具有自身的上下文和堆 栈的单独任务.其它的基本任务 控制程序可使任务悬挂,重开, 删除,延迟和改变优先级.
�
第一节 VxWorks操作系统的 VxWorks操作系统的 基本构成
1
板级支持包BSP 板级支持包BSP
所谓初始化是指从系统上电复位 开始直到wind kernel和usrRoot根任务 开始直到wind kernel和usrRoot根任务 启动这段时间系统的执行过程.驱动 程序就是一些包含I/O操作的子函数. 程序就是一些包含I/O操作的子函数. 初始化包括CPU Init, 初始化包括CPU Init,Board Init 和System Init.CPU Init初始化CPU的 Init. Init初始化CPU的 内部寄存器.Board Init初始化智能 内部寄存器.Board Init初始化智能 I/O的寄存器,将device打通.System I/O的寄存器,将device打通.System Init为系统的运行准备数据结构,进行 Init为系统的运行准备数据结构,进行
Vxworks基础
板支持包（BSP)
为各种目标板的硬件功能提供了统一的软件接口 它们包括： 硬件初始化 中断处理和产生 硬件时钟和定时器管理 内存映射和分配 BSP还包括boot Rom和其它启动机制 sysLib和sysALib库是VxWorks可移植的核心
Vxworks操作系统将一切与硬件有关的功能模块都放在BSP库中。该BSP库是硬件与软件的接口，处理硬件的初始化、中断处理与产生、硬件时钟与定时管理、局部和总线内存空间的映射、内存大小定义，等等。能够自行启动目标机、初始化目标机、能够与host通信以下载Vxworks核、把控制权交给Vxworks核来调用用户应用程序等功能。
Tornado 系统结构
POSIX Library
Real-Time Embedded Application
Host
VxSim
Debug Agent
Tornado Plug-ins
Target
Target Server
Launcher
Core OS
BSP
Ethernet
Serial Line
板支持包（BSP）
VxWorks的特点--高度伸缩性的环境
Stand-alone kernel up to full featured OS
0
100
200
300
400
500
Maximum Equipped
File System
Networking
O.S.
m
Memory Requirements (Kbytes)
VxWorks （1）
Vxworks提供了一套丰富的任务间通信机制，包括： ●内存共享（Shared memory）：简单的数据共享方法 ●信号量（Semaphore）：用于基本的互斥及同步 ●消息队列（Message queues）和管道（pipe）： 用于同一CPU上任务间消息的传递 ●套接口（Socket）和远程程序调用（RPC）： 用于网络上任务间的通信 ●信号（Signal）：用于异常处理 此外，Vxworks提供了三种共享内存的对象（shared-memory objects） 来实现运行在不同CPU上的任务间的高速同步和通信。 ●共享信号量（shared semaphores）：有二进制，记数型两种 ●共享消息队列（shared message queues） ●共享内存分区（shared-memory partitions）：有系统类型和用户类型
为各种目标板的硬件功能提供了统一的软件接口 它们包括： 硬件初始化 中断处理和产生 硬件时钟和定时器管理 内存映射和分配 BSP还包括boot Rom和其它启动机制 sysLib和sysALib库是VxWorks可移植的核心
Vxworks操作系统将一切与硬件有关的功能模块都放在BSP库中。该BSP库是硬件与软件的接口，处理硬件的初始化、中断处理与产生、硬件时钟与定时管理、局部和总线内存空间的映射、内存大小定义，等等。能够自行启动目标机、初始化目标机、能够与host通信以下载Vxworks核、把控制权交给Vxworks核来调用用户应用程序等功能。
Tornado 系统结构
POSIX Library
Real-Time Embedded Application
Host
VxSim
Debug Agent
Tornado Plug-ins
Target
Target Server
Launcher
Core OS
BSP
Ethernet
Serial Line
板支持包（BSP）
VxWorks的特点--高度伸缩性的环境
Stand-alone kernel up to full featured OS
0
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300
400
500
Maximum Equipped
File System
Networking
O.S.
m
Memory Requirements (Kbytes)
VxWorks （1）
Vxworks提供了一套丰富的任务间通信机制，包括： ●内存共享（Shared memory）：简单的数据共享方法 ●信号量（Semaphore）：用于基本的互斥及同步 ●消息队列（Message queues）和管道（pipe）： 用于同一CPU上任务间消息的传递 ●套接口（Socket）和远程程序调用（RPC）： 用于网络上任务间的通信 ●信号（Signal）：用于异常处理 此外，Vxworks提供了三种共享内存的对象（shared-memory objects） 来实现运行在不同CPU上的任务间的高速同步和通信。 ●共享信号量（shared semaphores）：有二进制，记数型两种 ●共享消息队列（shared message queues） ●共享内存分区（shared-memory partitions）：有系统类型和用户类型
VxWorks基础知识 ppt课件
虚拟 内存
多任务 处理
操作系统 模块
Wind 内核
目标开发 工具
嵌入式操作系统VxWorks
VxWorks
I/O子 系统
基
本
体
系
网络子 系统
结
构
嵌入式操作系统VxWorks
wind :VxWorks 的核心，被称作 wind，包括多任务调度（采用优先 级抢占方式），任务间的同步和进程间通信机制，以及中断处理， 看门狗定时器和内存管理机制。
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。
板级支持包 BSP :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。
不同处理器之间的共享内存区域，用于不同CPU的通讯与同步。
WBD协议：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。 Tornado 目标服务器（Target
Server）向目标代理发送调试请求。
嵌入式操作系统VxWorks
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。
VxWorks操作系统简介
VxWorks操作系统简介VxWorks操作系统简介1.VxWorks操作系统概述VxWorks是一种实时操作系统（RTOS），由美国风险通信公司（Wind River Systems）开发和销售。
它广泛应用于嵌入式系统、网络设备和航空航天等领域，以其高度可靠性、实时性和可定制性而闻名。
2.VxWorks操作系统的特点与优势2.1 实时性能：VxWorks具有优秀的实时性能，能够以微秒级的精确度响应任务，并能够满足各种实时应用的需求。
2.2 可定制性：VxWorks提供了丰富的可定制选项，开发人员可以根据具体需求选择合适的开发环境、编程语言和硬件平台。
2.3 可靠性：VxWorks采用可靠性架构，能够有效地处理系统错误和异常，提供稳定性能与高可靠性。
2.4 安全性：VxWorks支持多层次的安全机制，包括访问控制、数据加密和安全认证等，保护系统免受恶意攻击。
3.VxWorks操作系统的体系结构3.1 内核：VxWorks内核提供了操作系统的核心功能，包括任务调度、内存管理、中断处理等。
它是操作系统与硬件之间的核心接口。
3.2 文件系统：VxWorks支持多种文件系统，包括RAM文件系统、ROM文件系统和网络文件系统等。
这些文件系统可用于数据存储、配置文件管理和软件更新等方面。
3.3 设备驱动程序：VxWorks提供了丰富的设备驱动程序，用于管理和控制外设设备，如串口通信、网络接口和硬盘等。
3.4 网络协议栈：VxWorks内置了多种网络协议栈，包括TCP/IP协议栈和UDP协议栈等，以实现设备间的网络通信。
4.VxWorks操作系统的开发工具4.1 Tornado集成开发环境：Tornado是VxWorks的主要开发工具，提供了图形化界面和一系列的编译、调试和部署工具，简化了开发过程。
4.2 GNU工具链：VxWorks还支持GNU工具链，包括GCC编译器、GDB调试器和Make构建工具等，为开发人员提供更灵活的开发环境。
嵌入式实时操作系统VxWorks
嵌入式实时操作系统 VxWorks
目录
• VxWorks操作系统概述 • VxWorks系统核心功能 • VxWorks开发环境与工具 • VxWorks系统设计与实践
目录
• VxWorks系统案例分析 • VxWorks与其他实时操作系统的比较
01
VxWorks操作系统概述
定义与特点
定义
VxWorks是一种高性能、可扩展的实 时操作系统（RTOS），专为嵌入式系 统设计。
资源占用
Linux通常需要更多的内存和存储资源，不太适合资源有限 的嵌入式系统。VxWorks则更为紧凑。
开放性
Linux是开源的，拥有庞大的社区支持和丰富的软件资源。 VxWorks的源代码不公开。
VxWorks与QNX的比较
实时性
VxWorks和QNX都具备出色 的实时性，能够满足严苛的 实时需求。两者在微秒级别 内都能快速进行任务调度和
内存分区管理
VxWorks将内存划分为多个分区，每个任务占用一个 独立的内存分区，避免内存冲突。
内存保护机制
通过内存保护机制，确保每个任务的代码和数据不会 互相干扰。
动态内存分配
提供动态内存分配函数，允许任务在运行时申请和释 放内存。
系统优化与性能测试
代码优化
通过优化任务代码，降 低系统开销，提高实时 性。
中断处理优化
优化中断处理程序，减 少中断延迟，提高系统 响应速度。
性能测试与评估
通过实际测试和评估， 验证系统性能是否满足 实时性要求。
05
VxWorks系统案例分析
案例一：无人机飞控系统
无人机飞控系统需要实时响应、高可 靠性和可扩展性，以满足飞行控制和 导航的需求。
目录
• VxWorks操作系统概述 • VxWorks系统核心功能 • VxWorks开发环境与工具 • VxWorks系统设计与实践
目录
• VxWorks系统案例分析 • VxWorks与其他实时操作系统的比较
01
VxWorks操作系统概述
定义与特点
定义
VxWorks是一种高性能、可扩展的实 时操作系统（RTOS），专为嵌入式系 统设计。
资源占用
Linux通常需要更多的内存和存储资源，不太适合资源有限 的嵌入式系统。VxWorks则更为紧凑。
开放性
Linux是开源的，拥有庞大的社区支持和丰富的软件资源。 VxWorks的源代码不公开。
VxWorks与QNX的比较
实时性
VxWorks和QNX都具备出色 的实时性，能够满足严苛的 实时需求。两者在微秒级别 内都能快速进行任务调度和
内存分区管理
VxWorks将内存划分为多个分区，每个任务占用一个 独立的内存分区，避免内存冲突。
内存保护机制
通过内存保护机制，确保每个任务的代码和数据不会 互相干扰。
动态内存分配
提供动态内存分配函数，允许任务在运行时申请和释 放内存。
系统优化与性能测试
代码优化
通过优化任务代码，降 低系统开销，提高实时 性。
中断处理优化
优化中断处理程序，减 少中断延迟，提高系统 响应速度。
性能测试与评估
通过实际测试和评估， 验证系统性能是否满足 实时性要求。
05
VxWorks系统案例分析
案例一：无人机飞控系统
无人机飞控系统需要实时响应、高可 靠性和可扩展性，以满足飞行控制和 导航的需求。
VxWorks操作系统概述
VxWorks操作系统概述(1) 无忧电子开发网VxWorks操作系统概述(1)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WindVxWOrks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POSIXVxWOrks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）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。
课Vxworks嵌入式软课件.pptx
VxWorks 6.0的航向标
对MMU、CACHE和大物理地址的抽象化
课Vxworks嵌入式软课件
3
支持多核的6.7版本
支持多核
非对称式多重处理(asymmetric multiprocessing; AMP) 对称式多重处理(symmetric multiprocessing; SMP)
降低功率消耗 multicore-aware工具
最优秀的特点：可靠性和实时性
领域：通信、军事、航空、航天
F-16、FA-18 战斗机、B-2 隐形轰炸机、爱国者导弹、火星探 测器
目前销售解禁
占有率排名第一
两套系统
VxWorks操作系统
Workbench开发环境
旧版:Tornado开发环境
Workbench版基于课eVcxlwioprksse嵌入式软课件
课Vxworks嵌入式软课件
30
VxWorks中断处理
中断服务程序（ISR）运行在特定的空间
不同于一般的任务，中断服务程序没任务上下文 不包含任务控制块 所有的中断服务程序使用同一中断堆栈（专用的） 通过内核工作队列（Kernel Work Queue）最大程度减少中断
课Vxworks嵌入式软课件
20
内核wind kernel
微内核
支持Components
内核不处理外设
对外设不做假设
操作系统不假设板上是否有总线以及什么总线 不假设内存的大小及内存如何定位 不假设I/O及有多少I/O
板级支持包BSP管理外设
课Vxworks嵌入式软课件
21
内核版本
最简内核
任务的管理与调度 纳核 8k
VxWorks：标准的单CPU版本 VxFusion：标准的多CPU版本 可裁减性
对MMU、CACHE和大物理地址的抽象化
课Vxworks嵌入式软课件
3
支持多核的6.7版本
支持多核
非对称式多重处理(asymmetric multiprocessing; AMP) 对称式多重处理(symmetric multiprocessing; SMP)
降低功率消耗 multicore-aware工具
最优秀的特点：可靠性和实时性
领域：通信、军事、航空、航天
F-16、FA-18 战斗机、B-2 隐形轰炸机、爱国者导弹、火星探 测器
目前销售解禁
占有率排名第一
两套系统
VxWorks操作系统
Workbench开发环境
旧版:Tornado开发环境
Workbench版基于课eVcxlwioprksse嵌入式软课件
课Vxworks嵌入式软课件
30
VxWorks中断处理
中断服务程序（ISR）运行在特定的空间
不同于一般的任务，中断服务程序没任务上下文 不包含任务控制块 所有的中断服务程序使用同一中断堆栈（专用的） 通过内核工作队列（Kernel Work Queue）最大程度减少中断
课Vxworks嵌入式软课件
20
内核wind kernel
微内核
支持Components
内核不处理外设
对外设不做假设
操作系统不假设板上是否有总线以及什么总线 不假设内存的大小及内存如何定位 不假设I/O及有多少I/O
板级支持包BSP管理外设
课Vxworks嵌入式软课件
21
内核版本
最简内核
任务的管理与调度 纳核 8k
VxWorks：标准的单CPU版本 VxFusion：标准的多CPU版本 可裁减性
VxWorks操作系统简介.ppt
用户可以定义一些数据用于任务间的通讯： 编写一个库，提供该数据的共享存储； 所有任务访问这些共享数据时都使用库中的例程； 可以用信号量来保证共享数据的互斥访问
通信机制——信号量
Vxworks信号量提供最快速的任务间通信机制，它主要用 于解决任务间的互斥和同步。针对不同类型的问题，有三 种信号量： 二进制信号量，使用最快、最广泛，主要用于同步和互 斥 互斥信号量，主要用于优先级继承、安全删除和回溯 计数器
VxWorks系统简介
郭思 SX1401188
VxWorks系统简介
VxWorks应用背景 VxWorks系统体系结构 任务管理 通信机制 内存管理
VxWorks应用背景
VxWorks是美国Wind River System公司于1983年设计 开发的一种嵌入式实时操作系统（RTOS）。
BSP（Board Support Package）
BSP通常是指针对具体的硬件平台，用户所编 的启动代码和部分设备驱动程序的集合。 板级支持包对各种板子的硬件功能操作提 供了统一的软件接口，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。
Vxworks支持各种任务间的通信机制，提供多种多样 的任务间通信方式，主要有：
共享内存，主要是数据的共享； 信号量，用于基本的互斥和任务同步； 消息队列和管道，单CPU的消息传递； 二进制信号，用于异常处理； Socket和远程过程调用，用于网络间任务消息传
递。
通信机制——共享内存
任务间通信最简单的方法是采用共享存储区，也即相关的 各个任务分享属于它们的地址空间的同一内存区域。因为 所有的任务都存在于单一的线性地址空间，任务间共享数 据。全局变量、线性队列、环形队列、链表、指针都可被 运行在不同的上下文的代码所指向。
通信机制——信号量
Vxworks信号量提供最快速的任务间通信机制，它主要用 于解决任务间的互斥和同步。针对不同类型的问题，有三 种信号量： 二进制信号量，使用最快、最广泛，主要用于同步和互 斥 互斥信号量，主要用于优先级继承、安全删除和回溯 计数器
VxWorks系统简介
郭思 SX1401188
VxWorks系统简介
VxWorks应用背景 VxWorks系统体系结构 任务管理 通信机制 内存管理
VxWorks应用背景
VxWorks是美国Wind River System公司于1983年设计 开发的一种嵌入式实时操作系统（RTOS）。
BSP（Board Support Package）
BSP通常是指针对具体的硬件平台，用户所编 的启动代码和部分设备驱动程序的集合。 板级支持包对各种板子的硬件功能操作提 供了统一的软件接口，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。
Vxworks支持各种任务间的通信机制，提供多种多样 的任务间通信方式，主要有：
共享内存，主要是数据的共享； 信号量，用于基本的互斥和任务同步； 消息队列和管道，单CPU的消息传递； 二进制信号，用于异常处理； Socket和远程过程调用，用于网络间任务消息传
递。
通信机制——共享内存
任务间通信最简单的方法是采用共享存储区，也即相关的 各个任务分享属于它们的地址空间的同一内存区域。因为 所有的任务都存在于单一的线性地址空间，任务间共享数 据。全局变量、线性队列、环形队列、链表、指针都可被 运行在不同的上下文的代码所指向。
vxworks操作系统
低端内存区 LOCAL_MEM_LOCAL_ADRS VxWorks的内存布局
内存分配
VxWorks系统支持静态分配和动态分配相合的内存分
Hale Waihona Puke 配。 低端内存区和VxWorks区采用静态分配，而保证 VxWorks的实时性和稳定性。 VxWorks的内存操作都是基于内存分区的，而不是 段页分区。
序排列。该算法最大特点是一旦找到大于或等于所要 求内存长度的内存块，则结束搜寻。然后，该算法从 所找到的内存块中划分出所要求大小的内存空间分配 给用户，并把余下的部分进行合并(如果相邻两块是空 闲的)，合并后的内存块留在可用表或自由链中，并修 改其相应的表现。
Vxworks内核任务调度
基于优先级抢占调度可以扩充时间片轮转调度
高 优 t4 先 级 低 t1 t2 t3 时 注： t1 t2 间 t2 t3 时间片
表示抢占， 表示任务完成。
Vxworks内核任务调度
禁止抢占
Wind内核可通过调用taskLock()和taskUnlock（）来
美国 WindRiver 公司
嵌入式实时操作系统
广泛应用在通信、军事、航空、航天等高
精尖技术和实时性要求极高的领域内
Vxworks 特点
具有一个高性能的操作系统内核Wind
实时性 可裁减性
友好的开发调试环境
Tornado是主机的集成开发环境
较好的兼容性
支持多种开发和运行环境
Vxworks系统结构
Vxworks内核任务调度
四种基本任务状态及状态迁徙
Vxworks内核任务调度
任务调度策略： Wind内核采用基于优先级的抢占
式调度法作为它的缺省策略。 VxWorks共有从0到
《vxWorks讲座》PPT课件
• 对于实时系统来说最重要的要求就是实时操作系统必须有满足在一个 事先定义好的时间限制中对外部或内部的事件进行响应和处理的能力
• 此外作为实时操作系统还需要有效的中断处理能力来处理异步事件和 高效的I/O能力来处理有严格时间限制的数据收发应用
实时系统分类
• 根据不同的分类方法可以分为几种。
– 方法一是分为周期性的和非周期性的（periodic和aperiodic） – 方法二是分为硬实时和软实时（hard real_time和soft
real_time） – 专用系统和开放系统 – 集中式系统和分布式系统
实时多任务操作系统与分时多任务操作系统
• 分时操作系统，软件的执行在时间上的要求，并不严格，时间上的错 误，一般不会造成灾难性的后果。
• 实时操作系统，主要任务是对事件进行实时的处理，虽然事件可能在 无法预知的时刻到达，但是软件上必须在事件发生时能够在严格的时 限内作出响应（系统响应时间），即使是在尖峰负荷下，也应如此， 系统时间响应的超时就意味着致命的失败。另外，实时操作系统的重 要特点是具有系统的可确定性，即系统能对运行情况的最好和最坏等 的情况能做出精确的估计。
• 虚拟内存
– 但必须给实时任务提供方法，以便将实时任务“锁”进内存，也 就是系统在管理虚拟内存时，不将“锁”住的内存块换出物理内 存。
嵌入式系统和实时系统
• 嵌入式系统经常被误解为就是实时性系统。其实，多数嵌 入式系统并不需要实时性
• Linux是嵌入式操作系统，并非实时操作系统。 • Vxwork、pSOS、Neculeus和Windowss CE 是嵌入式实时操
• VxWorks动态链接功能很容易实现代码共享。 • 共享代码必须是可重入的。 • VxWorks的I/O和驱动程序是可重入的。但是要求应用小心
• 此外作为实时操作系统还需要有效的中断处理能力来处理异步事件和 高效的I/O能力来处理有严格时间限制的数据收发应用
实时系统分类
• 根据不同的分类方法可以分为几种。
– 方法一是分为周期性的和非周期性的（periodic和aperiodic） – 方法二是分为硬实时和软实时（hard real_time和soft
real_time） – 专用系统和开放系统 – 集中式系统和分布式系统
实时多任务操作系统与分时多任务操作系统
• 分时操作系统，软件的执行在时间上的要求，并不严格，时间上的错 误，一般不会造成灾难性的后果。
• 实时操作系统，主要任务是对事件进行实时的处理，虽然事件可能在 无法预知的时刻到达，但是软件上必须在事件发生时能够在严格的时 限内作出响应（系统响应时间），即使是在尖峰负荷下，也应如此， 系统时间响应的超时就意味着致命的失败。另外，实时操作系统的重 要特点是具有系统的可确定性，即系统能对运行情况的最好和最坏等 的情况能做出精确的估计。
• 虚拟内存
– 但必须给实时任务提供方法，以便将实时任务“锁”进内存，也 就是系统在管理虚拟内存时，不将“锁”住的内存块换出物理内 存。
嵌入式系统和实时系统
• 嵌入式系统经常被误解为就是实时性系统。其实，多数嵌 入式系统并不需要实时性
• Linux是嵌入式操作系统，并非实时操作系统。 • Vxwork、pSOS、Neculeus和Windowss CE 是嵌入式实时操
• VxWorks动态链接功能很容易实现代码共享。 • 共享代码必须是可重入的。 • VxWorks的I/O和驱动程序是可重入的。但是要求应用小心
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VxWorks操作系统
Memory Management
Device Support
Scheduling & System Clock
Facilities
Synchronization & Intertask Communication
File Systems
Mutual Exclusion
✓ WindSh
交互访问
✓ CrossWind
源代码级调试器
✓ Browser
显示系统信息
✓ Project Facility 配置操作系统或应用的工程管理
✓ WindView
多任务应用软件示波器
✓ Simulator 主机端VxWorks模拟器
用Tcl自定义的工具: ✓ 增加新功能 ✓ 定制用户接口 ✓ 目标驻留工具
WTX = Wind River Tool eXchange
WDB = Wind DeBug
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15
Tornado和VxWorks目录描述
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16
Tornado和VxWorks目录描述(继续）
2020/8/20
17
Tornado
3.1 Tornado和VxWorks简介
Tornado和VxWorks描述 Tornado和VxWorks相互关系 Tornado和VxWorks目录描述
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4
Tornado是什么？
Tornado是开发实时嵌入式应用的集成开发环境. Tornado的主要组件: VxWorks实时操作系统运行库（RTOS） VxWorks开发工具（辅助测试和调试和计时） 网络协议栈支持
处理器间通信 远程文件访问 远程命令/功能执行 网络启动
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5
Tornado是什么？(继续）
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6
Tornado开发环境
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7
Tornado架构
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8
back end launcher
Tornado工具
compiler debugger
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VxWorks是什么？
VxWorks是Windriver公司的实时操作系统 多任务内核:
➢ 实时多任务调度（抢占/优先级/轮询为基础） ➢ 任务同步、通信 ➢ 内存管理 ➢ 可剪裁微内核
其他标准功能通过支持内核的库实现 同非实时操作系统的区别:
➢ 基于抢占优先级调度 ➢ 快速 ➢ 尺寸小 ➢ 可配置（微内核体系结构）
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目标机配置
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网络连接环境的建立
网络连接环境不仅仅指以太网络，而是操作系统 支持的所有互连接口，如通过串口的SLIP
shell browser config tool StethoScope WindView
target server
target symbo
l table
dynamic loader
OMF library
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Tornado工具（继续）
Tornado 开发工具:
✓ Launch
发起Tornado工具
3 VxWorks操作系统基本概念（1）
3.1 Tornado和VxWorks 3.2 Tornado和VxWorks开发 3.3 Tornado项目管理机制
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1
整体 概述
一 请在这里输入您的主要叙述内容
二
请在这里输入您的主要 叙述内容
三 请在这里输入您的主要叙述内容
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I/O system
Graphics
Networking Support
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VxWorks架构
I/O System File System
Hardware Independent Software Applications VxWorks libraries
Wind microKernel
TCP/IP
Hardware Abstraction Layer
SCSI Driver
Flash Driver
MMU Driver
Cache Driver
Serial Driver
Ethernet Driver
Other Drivers
Hardware
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Tornado和VxWorks相互关系
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3.2 Tornado和VxWorks开发
3.2.1 开发环境的建立 3.2.2 启动管理
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3.2.1 开发环境的建立
主机开发环境的建立 目标机开发环境的建立 网络连接开发环境的建立 调试口开发环境的建立
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主机开发环境的建立
主机硬件环境的支持
串口连接 网络接口连接 FTP配置启动
根据目标机的处理器选择安装Tornado开发环境 对于不同的目标机处理器，有不同的Tornado版本对应，如 Tornado for ppc，必须根据实际的处理器架构选择安装。
LICENSE安装 固定LICENSE和浮动LICENSE的安装
LM_LICENSE_FILE=c:\license.dat 环境变量的设置（Torvars.bat）
WIND_BASE=c:\tornado
WIND_HOST_TYPE=x86-win32
Set PATH=%WIND_BASE%\host\%WIND_HOST_TYPE%\bin;%PATH%
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目标机开发环境的建立
目标机硬件的基本配置
-目标机上电正常 -目标机的跳线正常 -目标机安装到正常的槽位
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主机-目标机交叉开发
WindSh Browser
WTX Protocol
VxWorks
CrossWind WindView
Other
Target Server
WDB Protocol
Target Agent
Application
Custom ACguesnttom
Agent
Tool Support
目标机能正常的启动 -bootrom支持 -串口连接 -网络连接
BSP的支持
-目标机有厂家提供BSP，安装到WIND_BASE/target/config目录 -目标机有参考BSP，则调整配置 -目标机没有匹配的BSP，则需要根据BSP模板重新设计 （具体参考VxWorks BSP部分内容）
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