7 VxWorks操作系统
VxWorks操作系统基础(适合初学者阅读)2024新版
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 。
VxWorks操作系统简介
VxWorks操作系统简介VxWorks操作系统简介VxWorks操作系统是一种广泛应用于嵌入式系统开发的实时操作系统。
本文将详细介绍VxWorks操作系统的架构、特性、应用领域以及相关的法律名词注释。
一、VxWorks操作系统架构VxWorks操作系统采用分层架构，包括内核层、中间层以及外围应用层。
具体架构如下：⒈内核层：提供底层的操作系统服务，包括任务管理、内存管理、中断处理、设备驱动等。
内核层使用高度模块化的设计，可以根据需求选择性地加载不同的内核服务。
⒉中间层：提供更高层次的功能，如文件系统、网络协议栈、图形用户界面等。
中间层通过对内核接口的封装，提供更便捷的应用开发接口。
⒊外围应用层：包括用户应用程序和系统管理工具。
用户应用程序可以基于VxWorks操作系统的开发环境进行开发，并且通过内核和中间层提供的接口与系统进行交互。
二、VxWorks操作系统特性VxWorks操作系统有以下特点：⒈实时性：VxWorks操作系统被广泛应用于实时系统开发，具有快速响应、低延迟和可预测性等特性。
它使用了优化的调度算法和中断处理机制，确保系统对实时任务的及时响应。
⒉可靠性：VxWorks操作系统采用了可靠性设计和故障恢复机制，例如内存保护、任务隔离和异常处理等。
这些机制可最大限度地减少系统崩溃和错误的影响。
⒊可扩展性：VxWorks操作系统具有高度可扩展性，可以根据应用的需要进行灵活配置。
开发人员可以根据系统需求选择性地加载所需的内核服务和中间层模块，以达到最佳性能和资源利用。
⒋安全性：VxWorks操作系统提供了多层次的安全机制，包括权限控制、数据加密和访问控制等。
这些机制可以在网络和物理环境中保护系统不受未经授权的访问和攻击。
三、VxWorks操作系统的应用领域VxWorks操作系统在各行各业都有广泛的应用，特别适用于对实时性和可靠性要求较高的领域。
以下是一些典型的应用领域：⒈工业自动化：VxWorks操作系统被广泛用于控制系统和工业领域，如汽车制造、航空航天和机械制造等。
VxWorks操作系统指南
目 录632.7.应用示例分析 (61)2.5.应用软件开发指导 (61)2.4.VxWorks 系统任务 (60)2.3.板级支持包BSP (57)2.2.应用系统配置 (55)2.1.系统启动 (54)2.VxWorks 应用指导 (51)1.9.网络通信 (51)1.8.POSIX Memory-locking 接口 (50)1.7. POSIX 时钟和定时器 (49)1.6.看门狗定时器(Watchdog Timers) (46)1.5.中断服务代码 (18)1.4.任务间通信 (5)1.3.任务 (5)1.2.VxWorks 操作系统内核 (4)1.1.VxWorks 操作系统简介 (4)1.VxWorks 操作系统介绍...............................................................关键词：RTOS POSIX VxWorks Tornado摘 要：本文档对实时操作系统作了简要介绍，并详细描述了Vxworks 内核和运行环境的基本原理，并概述了系统配置、系统接口等方面的内容。
1.VxWorks 操作系统介绍1.1.VxWorks 操作系统简介现代的实时操作系统主要增加了支持多任务和任务间通信的概念。
多任务环境允许一个实时应用作为一个独立的任务创建。
在VxWorks 里，任务间通信机制依靠信号量，消息队列，管道及socket(实现网络透明传输)实现。
实时操作系统的另外一个主要功能就是硬中断处理。
为使中断得到尽快响应，VxWorks 的中断服务程序(ISRs)有自己单独的context ，它与其他任务的context 不在一起。
本文主要讨论了多任务内核，任务机制(facilities)，任务间通信及中断处理机制，这些都是VxWorks 运行环境的核心内容。
VxWorks 操作系统的基本构成模块包括以下部分：Ÿ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。
7 VxWorks操作系统
任务名称. 任务优先级, 0-255. 任务的创建方式 任务堆栈的大小 任务入口 任务的参数
程序正确执行时会返回任务ID
任务 ID
•
通常在任务创建时由内核指定 该ID号在整个系统中是唯一的 任务退出后该ID号可以重用 ID号0表明任务自己
相关例程 taskIdSelf() taskIdListGet() taskIdVerify()
任务状态迁移
最高优先级任务正执行 就 绪 态 延 迟 态 悬 置 态
休 眠 态
taskInit()
VxWorks任务状态迁移函数（一）
• 就绪态 • 就绪态 • 就绪态
----> 悬臵态 ----> 延迟态 ----> 休眠态
semTake()/msgQReceive()
taskDelay()
taskSuspend()
航空航天等实时性强和可靠性高的领域。
实时系统的体系结构设计
• 实时系统的体系结构必须满足
1.高运算速度 2.高速的中断处理 3.高的I/O吞吐率 4.合理的处理器和I/O设备的拓扑连接 5.高速可靠的和有时间约束的通信 6.体系结构支持的出错处理 7.体系结构支持的调度 8.体系结构支持的操作系统 9.体系结构支持的实时语言特性。 10.系统的稳定性和容错也非常重要 11.还要考虑到实时的分布式应用。
• 所有的代码运行在同一地址空间。 • 任务能快速共享系统的绝大部分资源，
同时有自己独立的上下文 • 所有的任务都运行在特权模式下
VxWorks共享代码
• • • •
VxWorks提倡单个子程序或子程序库被多个不 同的任务调用。例如printf。一个被多个任务 调用的单个拷贝称为共享代码。 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 要求应用小心设计。对于缓冲I/O,VxWorks推 荐使用文件指针。
Vxworks基础
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
VxWorks操作系统BSP和BootLoader介绍
之前要对板卡上所用的处理器、外围电路和设备一 我们可以通过仿真器 清二楚。在 ＢＳＰ 调试的前期， 来调试。由于这个时期我们没有更多的手段获取处 理器执行 ＢＳＰ 代码的情况 （ 包括控制指令执行， 获
另外， 在初始化时， 数据缓存和指令缓存应当被 禁止， 中断应当被禁止。
图1 内核后调试环境
!-1
"#$%&’( 启动过程
首先在上电时在处理器跳转的固定位置（ ＲＯＭ
!
"#$%&’( )*+ 实例
本 章 对 一 个 具 体 的 ＶｘＷｏｒｋｓ ＢＳＰ 进 行 讨 论 ，
或 Ｆｌａｓｈ中）固化的代码完成处理器的初始化状态 设置， 初始化内存， 下载 ＶｘＷｏｒｋｓ 镜像所需驱动程 跳转到 ＶｘＷｏｒｋｓ 序的初始化， 下载 ＶｘＷｏｒｋｓ 镜像， 镜像所在入口地址继续执行初始化内核（ 见表 ２ ） 。
%&!&’
内核前调试环境
下载手段有：
１）目标板上的 ＲＯＭ 编程； 调试只读存储器） ； ２）目标板的 ＤＥＢＵＧ ＲＯＭ （ ３）ＲＯＭ 仿真； 。 ４）集成调试环境（ ＩＣＥ ）
调试工具有：
%
"#$ 的开发方法和过程
由于 ＢＳＰ 的开发同硬件密切相关， 所以在开发
１）标板 ＤＥＢＵＧ ＲＯＭ ； ２）ＩＣＥ ； ３）逻辑分析仪； 如发光二极管（ 。 ４）目标板上设备， ＬＥＤ ） %&!&! 内核后调试环境
vxworks7编程指南
vxworks7编程指南VxWorks 7编程指南VxWorks 7是一款实时操作系统（RTOS），被广泛应用于嵌入式系统开发中。
本文将为读者介绍VxWorks 7的一些基本概念、特性和编程指南，帮助读者更好地理解和应用VxWorks 7。
一、VxWorks 7概述VxWorks 7是一款由美国飞利浦公司（Wind River）开发的实时操作系统，它具有高性能、可靠性和可定制性的特点。
VxWorks 7支持多种硬件平台，包括x86、ARM、PowerPC等，并提供了丰富的开发工具和库函数，方便开发人员进行嵌入式系统的开发。
二、VxWorks 7的特性1. 实时性：VxWorks 7具有非常高的实时性能，能够满足对实时性要求较高的应用场景，如航空航天、军事等领域。
2. 多任务支持：VxWorks 7支持多任务并发执行，可以同时处理多个任务，提高系统的吞吐量和效率。
3. 可定制性：VxWorks 7提供了灵活的系统配置和组件定制功能，开发人员可以根据实际需求进行裁剪和优化，减少系统资源占用。
4. 异常处理：VxWorks 7提供了丰富的异常处理机制，能够有效地处理系统中出现的异常情况，保证系统的稳定性和可靠性。
5. 网络支持：VxWorks 7提供了完善的网络支持，包括TCP/IP协议栈、网络驱动程序等，方便开发人员进行网络应用的开发。
三、VxWorks 7编程指南1. 开发环境搭建：首先，需要安装VxWorks 7的开发工具和相应的编译器。
然后，创建一个新的项目，配置项目的相关参数，如目标硬件平台、编译选项等。
2. 任务创建和管理：使用VxWorks 7提供的API函数，可以创建和管理多个任务。
任务的创建需要指定任务的入口函数和优先级等参数，任务的管理包括任务的启动、挂起、恢复等操作。
3. 任务间通信：VxWorks 7提供了多种任务间通信机制，如消息队列、信号量、邮箱等。
开发人员可以根据实际需求选择合适的通信机制，实现任务间的数据交换和同步。
vxworks7编程指南
vxworks7编程指南摘要：1.VxWorks7 简介2.VxWorks7 编程基础3.VxWorks7 编程进阶4.VxWorks7 编程实例5.VxWorks7 编程总结正文：【VxWorks7 简介】VxWorks7 是一款实时操作系统（RTOS），广泛应用于各种实时控制系统和嵌入式系统中。
其强大的功能和良好的性能使其成为众多开发者的首选。
本指南将为您提供VxWorks7 编程的基本知识和进阶技巧。
【VxWorks7 编程基础】在开始VxWorks7 编程之前，您需要了解一些基本概念。
首先，VxWorks7 的任务调度采用优先级调度策略，任务根据优先级分为不同等级。
此外，VxWorks7 还提供了丰富的同步和通信机制，如信号量、互斥锁和消息队列等，以确保实时性能和系统稳定性。
【VxWorks7 编程进阶】在熟悉基本概念后，您可以深入学习VxWorks7 的编程技巧。
本节将介绍如何使用VxWorks7 提供的API 进行任务管理、内存管理和设备驱动等操作。
此外，还将学习如何调试和优化VxWorks7 应用程序，以提高系统性能。
【VxWorks7 编程实例】为了帮助您更好地理解和应用VxWorks7 编程知识，本节将通过一个实际案例进行讲解。
实例为一个简单的嵌入式控制系统，包括一个主任务和两个子任务。
主任务负责接收用户输入，子任务分别负责控制两个电机。
通过这个实例，您将了解如何编写和调度VxWorks7 任务，以及如何使用同步和通信机制实现任务间的协作。
【VxWorks7 编程总结】在本指南中，我们为您介绍了VxWorks7 编程的基本知识和进阶技巧。
通过学习，您应该已经掌握了如何在VxWorks7 环境下编写实时应用程序，并了解了如何使用同步和通信机制实现任务间的协作。
VxWorks操作系统基础
VxWorks操作系统基础1 实时操作系统概述31.1 实时操作系统31.2 基本概念32 VxWorks的系统综述42.1 VxWorks 42.2 Tornado 63 VxWorks操作系统基础73.1 VxWorks的任务73.1.1 多任务73.1.2 任务的状态迁移83.1.3 Wind内核的任务调度93.1.4 任务控制93.1.5 任务扩展性123.1.6 任务错误状态：errno 133.1.7 任务异常处理143.1.8 共享代码和代码重入143.1.9 VxWorks的系统任务173.2 任务间通信183.2.1 共享数据结构183.2.2 互斥183.2.3 信号量Semaphores 193.2.3.1 二值信号量203.2.3.2 互斥信号量223.2.3.3 计数信号量233.2.3.4 信号量的特殊参数243.2.4 消息队列243.2.5 管道263.2.6 跨网络的任务间通信263.2.7 信号263.3 中断服务代码273.3.1 应用代码与中断连接273.3.2 中断堆栈283.3.3 ISRs的一些特殊限制283.3.4 中断级别的异常283.3.5 保持高中断级别293.3.6 对高中断级别的ISRs的一些附加限制29 3.3.7 中断与任务间的通信293.4 看门狗计时器Watchdog Timers 294 VxWorks中的函数库：304.1 TaskLib: 304.2 ErrnoLib: 304.3 SigLib: 314.4 LstLib: 314.5 MemLib: 321 实时操作系统概述1.1实时操作系统在计算的早期开发的操作系统的最原始的结构形式是一个统一的实体(monolithic)。
在这样的系统中，提供的不同功能的模块，如处理器管理、内存管理、输入输出等，通常是独立的。
他们在执行过程中并不考虑其他正在使用中的模块，各个模块都以相同的时间粒度运行，即严格按时间片分时方式运行。
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。
vxworks操作系统特点
1、VXWORKS既是一个操作系统、又是一个可以运行的最小基本程序
2、VXWORKS有BSP（可以认为是一种低层驱动），可以减小驱动程序的编写
过程
3、VXWORKS具有强大的调试能力，可以在没有仿真器的情况下，通过串口调
试。
4、VXWORKS具有软件DEBUG功能，可以对软件部分进行模拟调试。
5、VXWORKS具有丰富的函数库。
6、同时VXWORKS自带TCP/IP协议栈。
最大可能的减小开发者系统软硬件开发的难度，缩小开发周期，提高开发效率。
可以部分的保证软硬件开发的同步进行。
一个好的操作系统的几大特点：
●多任务和可抢占的
●任务具有优先级
●操作系统具备支持可预测的任务同步机制
●支持多任务间的通信
●操作系统具备消除优先级转置的机制
●存储器优化管理
●操作系统的（中断延迟、任务切换、驱动程序延迟等）行为是可知的和可预
测的。
●实时时钟服务
●中断管理服务。
VxWorks操作系统简介
通信机制——消息队列和管道
单处理器中任务间消息的传送采用消息队列 管道是一个虚拟的IO设备，是建立在消息队列上的，采用 标准的IO接口，能调用标准的I/O函数，进行管道打开、读 入和写入等操作。 消息队列和管道都会提供先入先出的缓冲（FIFO）以及同 步和互斥机制。 用于单个处理器中任务间的通讯，也可用于ISR与任务间的 通讯
Slip / PPP
内存管理
平坦模式(Flat Mode)
为什么不是段页式的管理？ 页式管理要有程序-内存的映射， 严重影响实时性
VxWorks系统支持静态分配和 动态分配相合的内存分配
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。
内存分配采用first-fit算法 当增加硬件内存时，需要修改 sysPhysMemTop( ) (或调整 LOCAL_MEM_SIZE)
任务结构——任务控制块（TCB）
任务控制块用来描述一个任务，每一任务都与一 个TCB关联。
任务控制块里面包含了：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
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。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。
vxworks
Vxworks操作系统（概要）一嵌入式操作系统概述（5 Min）1.嵌入式操作系统的形成●无操作系统的嵌入程序阶段这一阶段的嵌入式系统是以可编程控制器的形式、以单芯片为核心的系统，同时具有与一些监测、伺服、指示设备相配合的功能。
这种系统大部分应用于一些专业性极强的工业控制系统中，一般没有明显的被称为操作系统（RTOS）的支持，而是通过汇编语言编程对系统进行直接控制，运行结束后清除内存。
这一阶段系统的主要特点是系统结构和功能都相对单一，针对性强，但无操作系统支持，几乎没有用户接口。
●简单监控式的专用操作系统阶段这一阶段的嵌入式系统主要以嵌入式处理器为基础、以简单监控式操作系统为核心。
系统的特点是处理器种类繁多，通用性比较弱；系统开销小，效率高；系统一般配备系统仿真器，具有一定的兼容性和扩展性；操作系统的用户界面不够友好，其主要用来控制系统负载以及监控应用程序运行。
●通用的嵌入式操作系统阶段以通用型嵌入式实时操作系统（RTOS）为标志的嵌入式系统。
如VxWorks、pSOS、OS-9、Windows CE就是这一阶段的典型代表。
这一阶段系统的特点是能运行在各种不同类型强大的微处理器上；具有强大的通用型操作系统的功能，如具备了文件和目录管理、多任务、设备支持、网络支持、图形窗口以及用户界面等功能；具有大量的丰富的应用程序接口（API）和嵌入式应用软件丰富。
2.嵌入式操作系统特点概述●可移植性●可裁减性●可靠性●实时性●体积小、占用资源少3.现有的嵌入式操作系统简介●对几种主流操作系统进行简要介绍✧Windows Embedded族◆Windows Embedded操作系统产品家族由2种操作系统组成：WinCE、WinXP Embedded◆总体来看，Windows CE .NET是一个可定制的实时操作系统，能够用来快速构建下一代的智能、小巧的互联设备。
WindowsCE .NET可以运行在多种中央处理器（CPU）上，适用于各种设备类型：移动手持设备、瘦客户机、IP电话以及自动化工业控制设备。
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。
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。
VxWorks操作系统简介.ppt
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
第七章vxWorks操作系统网络和配置管理ppt课件
*
网络路由
IP路由算法: if (destination on a directly attached network) send data to destination else use routing table to find correct router send data to router 目标机路由选择表可以用两种方式建立 : 静态路由: 通过添加路由到一个本地路由表 使用mRouteAdd() 或routeAdd( ). 动态路由：主机交换路由信息使用一个路由协议. VxWorks支持路由选择信息 (RIP)和优先开放最短路径 (OSPF)
HTTP、Telnet、FTP、 TFTP、Ping、etc
TCP/UDP
ARP/RARP
IP
ICMP
Ethernet、802.3、PPP、 HDLC、FR、etc
接口和线缆
应用层
传输层
网络层
提供应用程序网络接口
建立端到端连接
寻址和路由选择
物理介质访问
二进制数据流传输
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TCP/IP管理
报文 端口 连接 解析
*
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Socket编程(继续)
Socket函数： socket() 创建一个套接口 bind() 给套接口分配名称 listen() 打开TCP套接口连接 accept() 完成套接口间连接 connect() 请求连接套接口 shutdown() 关闭套接口间连接 send() 向TCP套接口发送数据 recv() 从TCP套接口接收数据 select() 完成同步I/O传输 read() 从套接口读取信息 write() 向套接口写入信息 ioctl() 完成对套接口的控制 close() 关闭套接口
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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:
1. 周期性的和非周期性的 2. 硬实时和软实时 3. 专用系统和开放系统 4. 集中式系统和分布式系统
是任务之间切换而使用的时间。
• 中断延迟(Interrupt latency )：
是计算机接收到中断信号到操作系统作 出响应，并完成换道转入中断服务程序 的时间。
实时操作系统应具有如下的功能
• 任务管理（多任务和基于优先级的任务调度） • 任务间同步和通信（信号量和共享内存等） • 存储器优化管理（含ROM的管理） • 实时时钟服务 • 中断管理服务
但是使用嵌入式实时操作系统的系统并 不一定就是实时系统。它不仅仅取决于 操作系统，还取决于硬件、应用软件等 因素，它是一个系统的概念。
7.2 多任务管理
• 实时系统的任务的基本状态有：
❖1、就绪态：任务只等待系统分配CPU资源； ❖2、悬置态：任务需等待某些不可利用的资
源而被阻塞； ❖3、休眠态：如果系统不需要某一个任务工
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。
实时系统内存管理
• 预先分配内存
在系统构造或编译时为每个任务指定其使用 的内存空间。这种方法对于硬实时系统来说 是很合适的。而且嵌入式实时操作系统很多 都是在ROM中运行，仅仅只有需要变化的数 据才放在RAM中
• 虚拟内存
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(1)
• 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关心实 时性
• Linux是嵌入式操作系统，但并非实时操
作系统。
• Vxwork、pSOS、Nucleus和Windows CE
是嵌入式实时操作系统
嵌入式系统和实时系统(2)
• 嵌入式系统的实时性是相对的概念。 • 实时系统要求使用嵌入式实时操作系统，
• 就绪态 ----> 休眠态
taskSuspend()
• 悬置态 ----> 就绪态
semGive()/msgQSend()
• 悬置态 ----> 休眠态
taskSuspend()
VxWorks任务状态迁移函数（二）
• 延迟态 ----> 就绪态
expired delay
作，则这个任务处于休眠状态； ❖4、延迟态：任务被延迟时所处状态；
任务状态迁移
悬置态
最高优先级任务正执行 就 绪态
延迟态
休眠态 taskInit()
VxWorks任务状态迁移函数（一）
• 就绪态 ----> 悬置态
semTake()/msgQReceive()
• 就绪态 ----> 延迟态
taskDelay()
实时系统的体系结构设计
• 实时系统的体系结构必须满足
1.高运算速度
2.高速的中断处理
3.高的I/O吞吐率
4.合理的处理器和I/O设备的拓扑连接
5.高速可靠的和有时间约束的通信
6.体系结构支持的出错处理
7.体系结构支持的调度
8.体系结构支持的操作系统
9.体系结构支持的实时语言特性。
10.系统的稳定性和容错也非常重要
容
7.1 实时系统
• 实时系统是对外来事件在限定时间内能做出反应
的系统。
• 评价实时系统的指标:
❖响应时间 Response Time ❖生存时间 Survival Time ❖吞吐量 Throughput
实时系统与普通系统
• 在实时计算中，系统的正确性不仅仅依
赖于计算的逻辑结果而且依赖于结果产 生的时间
硬实时、软实时(一)
• 硬实时：
❖要求在规定的时间内必须完成操作，这是在 操作系统设计时保证的
❖对于硬实时系统完成timely response是必 须的
• 软实时：
❖没有那么严，只要按照任务的优先级，尽可 能快地完成操作即可
❖对于软实时系统基于优先级调度的调度算法 可以满足要求，提供高速的响应和大的系统 吞吐率
11.还要考虑到实时的分布式应用。
实时进程调度算法
• 静态的周期性调度
基本思想是将处理器的时间分为"帧"。
• FIFO
也就是将系统中所有的任务组织成一个 队列。先到先服务
• 优先级队列算法
这种算法从FIFO发展而来。给每个任务 设定优先级，然后在FIFO中按照优先级排 列。这种算法保证了高优先级的任务的完 成，但是对于低优先级的任务很可能无法 满足时间的正确性。而且对低优先级的任 务来说等待的时间是无法预知的。
VxWorks操作系统
第7章VxWorks操作 系统
VxWorks操作系统
内
• 7.1 实时系统 • 7.2 多任务管理 • 7.3 信号量 • 7.4 任务间通信 • 7.5 内存管理 • 7.6 异常、中断、定时器 • 7.7 I/O系统 • 7.8 本地文件系统 • 7.9 网络通讯 • 7.10 网络程序设计
• 这两类系统的区别在于调度算法。
硬实时、软实时(二)
• 软实时的RTOS一般应用在消费类电子产
品,如手持电脑、个人数字助理(PDA)和 机顶盒等消费电子类。WinCE。
• 硬实时的RTOS一般应用于通信、控制和
航空航天等实时性强和可靠性高的领域。
❖通信行业使用PSOS、VxWorks、VRTX ❖航天、航空使用VRTX、VxWorks ❖工业PC 控制使用QNX
❖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。
实时操作系统中的重要概念 • 系统响应时间(System response time )：
系统发出处理要求到系统给出应答信号 的时间。
• 任务换道时间(Context-switching
time)：