第8章vxworks文件系统
vxWorks文件系统详细介绍资料
VxWorks为块设备（磁盘）的实时使用提供了两种本地文件系统：一种与MS-DOS文件系统相兼容，另一种与RT-11文件系统相兼容。
这些文件系统的支持库分别为dosFsLib和rt11FsLib。
VxWorks还提供了一种简单的raw文件系统，这个文件系统把整个磁盘作为一个单独的大文件。
这个文件系统的支持库是rawFsLib。
VxWorks还为不使用标准文件或目录结构的磁带设备提供了一个文件系统。
磁带卷被看作一个raw设备，整个卷就是一个大文件。
这个文件系统的支持库是tapeFsLib。
另外，VxWorks提供了一个文件系统支持库cdromFsLib，它允许应用程序从依照ISO9660标准文件系统格式化的CD-ROMs中读取数据。
在VxWorks中，文件系统不受块设备种类型或它的驱动程序的约束。
VxWorks块设备都使用一个标准接口，以便文件系统可以与设备驱动程序自由的混合。
做为选择，你可以写自己的能被驱动程序以相同方式使用的文件系统，只要在文件系统、驱动程序和I/O系统间遵循同样的标准接口。
VxWorks的I/O体系结构使得在一个VxWorks系统中可以有多样的文件系统，甚至其类型也可以不同。
块设备界面在3.9.4块设备中讨论。
1 与MS-DOS兼容的文件系统：dosFs使用dosFs文件系统格式化的磁盘与MS-DOS（直至6.2版本）磁盘是相兼容的。
由两个文件系统初始化的硬盘之间在格式上有细微区别。
然而，数据自身是兼容的，而且dosFs可被配置成使用MS-DOS格式化的磁盘。
DosFs文件系统向不同要求的实时应用程序提供了良好的适应性。
主要特点包括：l 文件和目录分等级排序，允许有效地组织，在一卷上可以创建任意数量的文件。
l 每个文件可以是连续存储或非连续存储的。
非连续存储的文件可使硬盘空间利用率更高，连续存储的文件可以增强系统性能。
l 具有与广泛可用的存储器和可恢复介质的兼容性。
应用VxWorks（不使用dosFs文件扩展名）、MS-DOS PCs和其它系统创建的磁盘可以自由的交换。
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。
嵌入式操作系统VxWorks中TFFS文件系统的构建
嵌入式操作系统VxWorks中TFFS文件系统的构建摘要：目前的嵌入式系统多使用FLASH 作为主存，因此，如何有效管理FLASH上的数据非常重要。
文章以MX29LV160BT芯片为例，讨论了在VxWorks操作系统下NorFlash 上建立TFFS文件系统的一般步骤，从而为FLASH上的数据管理提供了理想的选择方式，同时也为开发者和用户升级程序提供了方便。
关键词：VxWorksFlashMTDTFFS文件系统嵌入式系统正随着Internet的发展而在各个领域得到广泛的应用，作为一个优秀的操作系统，VxWorks实现了比其他实时操作系统更好的有效性、商用性、可裁减性以及互操作性，广泛应用在通信、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。
如今越来越多的嵌入式操作系统中，通常都使用FLASH作为主存介质。
许多开发者和用户为了方便以后升级用户程序，通常在FLASH上建立TFFS文件系统，建立文件系统后，我们就可以象在windows操作系统下对硬盘操作一样，进行数据的拷贝、删除以及文件的建立等操作。
NOR和NAND是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。
Intel于1988年首先开发出NORflash技术，彻底改变了原先有EPROM和EEPROM一统天下的局面。
NOR的特点是芯片内执行XIPexecuteInPlace，这样应用程序可以直接在flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。
NOR的传输效率很高，在1～4MB的小容量时具有很高的成本效益，因此在嵌入式系统得到广泛的应用。
一、TFFS文件系统结构简介Tornado的TrueFFS是和VxWorks兼容的一种M-SystemsFlite实现方式，版本为。
它为种类繁多的flash存储设备提供了统一的块设备接口，并且具有可重入、线程安全的特点，支持大多数流行的CPU构架。
有了Tornado的TrueFFS，应用程序对flash存储设备的读写就好象它们对拥有MS-DOS文件系统的磁碟设备的操作一样。
vxworks系统及函数详解
VxWork介绍及编程VxWork介绍及编程一.嵌入式操作系统VxWorks简介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。
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 系统的基本构成
Real-Time System
M emory Mgmt
File Systems
Kernel
I/ O S ys te m
D ev ic e D riv er s
Netw ork Stack
1-6
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 （Board Support Package） Package） BSP是系统用来管理外设的部分， BSP是系统用来管理外设的部分， 对各种板子的硬件功能提供了统一 的接口。它由初始化和驱动程序两 部分组成。
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
wind内核的任务调度是基于 wind内核的任务调度是基于 抢占式的，这满足了实时的特性， 而对于相同优先级的任务又采用 时间片的轮转调度。它以快速上 下文转换时间和低中断等待为特 点。
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提供了对其他网络和 VxWorks提供了对其他网络和 TCP/IP网络系统的"透明" 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 BSD套接字兼容的编程接口、远程 过程调用（RPC）、SNMP、远程文 过程调用（RPC）、SNMP、远程文 件访问以及BOOTP和ARP代理。所有 件访问以及BOOTP和ARP代理。所有 的VxWorks网络机制都遵循标准的 VxWorks网络机制都遵循标准的 Internet协议 Internet协议
VxWorks操作系统指南
VxWorks操作系统指南目录1. VxWorks操作系统概述41.1.VxWorks 操作系统简介41.2.VxWorks操作系统内核51.3.任务管理61.4.通信、同步和互斥机制91.5.网络通信111.6.中断服务程序141.7.时间管理器142.VxWorks应用指导162.1.系统启动172.2.应用系统配置192.3.板级支持包BSP 212.4.VxWorks系统任务232.5.应用软件开发指导232.6.应用示例分析252关键词：实时操作系统任务消息VxWorks Tornado摘要：本文档对实时操作系统作了简要介绍，并针对VxWorks系统的特点进行了具体的说明和分析，从VxWorks系统的任务管理、通信机制、系统配置、系统接口几个方面展开。
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：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。
Ÿ 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.Ÿ 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系统启动过程及相应文件介绍
这种映象起初也和搬移程序一起固化在BOOT中。目标板上电后， 首先运行BOOT中的引导搬移程序，但仅将VxWorks映象的数据段和 BSS段拷贝到RAM地址RAM_LOW_ADRS处，映象的代码段仍旧留 在ROM中，从ROM中开始执行。如图3所示。 这种映象的优点是具有最快的引导速度，占用最少的RAM空间， 适用于RAM空间有限的目标板。但是由于该映象在ROM中运行，运 行速度在三种映象中是最慢的。
汇编级的硬件初始化程序romInit.s，用于系统的基本初始化，设
置一些重要寄存器的初始值，进行存储器的映射搬移程序bootInit.c， 将ROM引导程序拷贝至RAM的高端地址RAM_HIGH_ADRS，然后跳 转到此处执行ROM引导程序。
ROM引导程序起初存放在ROM中，初始化时被拷贝到RAM中，主 要用于系统的进一步初始化，并配置加载方式，将VxWorks映象加载至 RAM。可分为三种不同的类型： 压缩的ROM引导程序，在拷贝的过程中需要解压缩，在RAM中执行； 未压缩的ROM引导程序，可直接拷贝，在RAM中执行；
usrConfig.c : usrRoot( ) 初始化内存，系统时钟，I/O系统，标准输入输出错， 异常处理，添加用户应用程序
sysInit()
函 数
usrInit()
(a)锁住中断；(b)禁用缓冲； (c)用缺省值初始化系统中断表（仅i960); (d)用缺省值初始化系统错误表（仅i960); (e)初始化处理器寄存器到一缺省值; (f)使回溯失效；(g)清除所有悬置中断； (h)激活usrInit()，指明启动类型。 (a)对bss清零；(b)保存bootType于sysStartType; (c)调用excVecInit(),初始化所有系统和缺省中断向量； (d)依次调用sysHwInit(), usrKernelInit(),kernelInit().
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– 设备名为文件系统名，如”/tffs0/” – 文件系统安装到IO系统中后，就可以用上层
库提供的接口函数进行操作了
嵌入式操作系统
2、文件系统类型
嵌入式操作系统
1.2 文件系统如何加入到I/O系统中
• 文件系统和IO系统的挂接同字符设备类似
– 把文件系统看作是一个字符设备驱动
• 以dosFs文件系统为例看文件系统如何加载？
– 在dosFsLib库中实现了I/O系统规定的7个标准函数
嵌入式操作系统
– dosFsLibInit中调用iosDrvInstall将7个函数指针填入 驱动程序表中，并得到一个驱动号 • 表中各函数的入口对应文件系统提供的相应函数
嵌入式操作系统
第8章 VxWorks文件系统
主要内容
1、文件系统结构 2、文件系统类型
嵌入式操作系统
嵌入式操作系统
1、 文件系统结构
应用通过I/O系统提供的标准接口来访问文件系统
I/O系统
设备
open()
字符设备 设备A
create()
应
read()
用
程
write()
序
close()
ioctl()
• 文件系统与存储设备的硬件特性、系统需求等密 切相关
– 在嵌入式应用中，主要的存储设备为RAM(DRAM, SDRAM)、ROM和FLASH存储器
– Linux下常用的文件系统类型包括： cramfs, romfs, yaffs, jffs2, ramdisk, ramfs/tmpfs等
– VxWorks下常用的文件系统有TrueFFS，dosFs， rawFs，tr11Fs，tapesFs，cdromFs
– TFFS已经包含了支持Intel、AMD以及samsung部分 flash芯片的MTD驱动。新的芯片需要新的MTD支持， 可以使用一个标准的接口来加入这些驱动
• Socket层提供TFFS和板卡硬件的接口，用来向系 统注册socket设备，实现电压控制，基地址设置、 写保护控制等
– Socket这名称来源于flash存储器的插座（如flash卡）
嵌入式操作系统
• 在VxWorks中，FTL以库形式提供，包括tffsDrv、 tffsLib以及ftl和fl开头的目标模块
• MTD以源代码形式提供，在”\target\src\drv\tffs” 目录下
• Socket层以源代码提供， 在”\target\src\drv\tffs\sockets”目录下
– 编辑sysPhysMemDesc[]，将flash加入到MMU中 – BSP目录下还需要tffsConfig.c文件（src/drv/tffs），要
修改它，支持此flash – 将此flash的驱动程序（MTD）添加到BSP目录下
嵌入式操作系统
• 映像启动后，检测此flash是否成功驱动
– 可以在shell下利用tffsShow来显示flash信息（tffsShow 最终会调用flash驱动程序中提供的函数）
嵌入式操作系统
TFFS的层次结构
• TFFS由3层实现：翻译层（FTL）、MTD层和
Socket层
TFFS与上层
与具体的Flash
文件系统的接口
密切相关
• FTL为上层软件提供标准块设备接口，实现前面 描述的各种算法，如块映射、平均使用、垃圾回 收和数据保护等
嵌入式操作系统
• MTD层和具体芯片相关，主要是实现对具体flash 进行读、写、擦、ID识别等驱动，并设置与flash 密切相关的一些参数
嵌入式操作系统
• Flash特点：
– 优点：没有运动机械部件，具有寿命长、可靠性高、 耗能少和体积小等优点，适合嵌入式系统
– 缺点：写入数据前需要擦除操作，并且只能进行块擦 除；有限的擦除和写入次数，一般约为10万次；擦除 和写入操作比较耗时，且不能同时读取
• 对flash不能像RAM一样直接写入，需要执行系列 命令
嵌入式操作系统
• Flash的存储特性使得其对上层软件有特别的 要求：
– 平均使用：flash扇区的擦除次数都有限制，最好能 均匀使用flash的每个扇区，以延长flash的使用寿命
– 高效的垃圾回收：为保证存储器空间的高效使用， 需要进行垃圾（碎片）回收，flash的擦除以扇区为 单位，垃圾的回收也应以扇区为单位，先移动扇区 数据，再擦除整个扇区
• 调用tffsDevFormat格式化flash
– 若格式化成功，则FTL结构形成
• 调用tffsDevCreate创建标准块设备
– 设备创建成功后，就可以跟其他块设备一样来加载 dosFs文件系统
• 调用usrTffsConfig加载dosFs文件系统
嵌入式操作系统
– 掉电安全：要求块擦除，块中原来数据的保存就比 较麻烦，因此数据写入、垃圾回收等操作对系统异 常中止都非常敏感，极易造成数据丢失和数据垃圾
– 低空间消耗：这部分空间用于上层软件抽象，而不 能用于实际数据的存储。而一般嵌入式系统中存储 空间有限，低空间消耗可以提高数据存储空间
• TFFS为了将Flash抽象为普通的块设备，将 Flash存储器映射为一系列连续的块，并且使用 block-to-flash转换系统，方便的将块编号直接 转换为flash地地址
• dirLib库提供目录文件列表读取的功能，它应建 立在ioLib之上
嵌入式操作系统
• dirLib还提供用于获取文件或文件系统状态信息 的函数接口：
嵌入式操作系统
• usrFsLib在ioLib和dirLib之上做了更实用的抽象， 提供了用户熟悉的命令
嵌入式操作系统
• VxWorks提供usrFsLib源代码，位于 “target\src\usr\” 目录下
– tffsConfig为VxWorks提供了TFFS配置接口
嵌入式操作系统
• TFFS库提供一种共享机制，可以实现bootrom 和TFFS同时存于同一flash存储器
– 调用tffsDevFormat中可以指定保留一段存储区， – 调用tffsBootImagePut来操作这块保留存储区，将
bootrom存放到此区域 – 利用flash驱动提供的命令将VxWorks映像存放到
TrueFFS
嵌入式操作系统
• TrueFFS(简称TFFS)为各种Flash存储器提供通 用的块设备接口，是M-Systems公司为 VxWorks操作系统所作的定制实现
– 它为种类繁多的flash存储设备提供了统一的块设备 接口
– 具有可重入、线程安全的特点，支持大多数流行的 cpu架构
• TFFS对NOR和NAND的Flash存储器都提供支 持，用户自己特殊的flash芯片驱动可根据类似 型号的代码修改
TFFS区
嵌入式操作系统
在某flash芯片上建立TFFS文件系统
• 配置相关文件，让映像中包含TFFS文件系统
– 在config.h中定义INCLUDE_TFFS：这可使得映像初 始化代码调用tffsDrv初始化TrueFFS 系统
– 每个BSP目录下必须要包含一个sysTffs.c文件：它将 TFFS所有层链接到一起并于VxWorks绑定。要编辑此 文件将支持此flash的MTD和FTL模块包含到TrueFFS 中
• 在为自己的硬件定制TFFS时，可以将xxmtd.c、 tffsConfig.c和sysTffs.c直接添加到自己的BSP目录 中，方便代码管理
嵌入式操作系统
• VxWorks提供tffsDrv和tffsConfig两个库支持 TFFS
– tffDrv为VxWorks提供了创建TFFS设备的接口
文件系统 DOS
驱动程序
标准接口
块设备
设备B 设备C
remove()
Raw
驱动程序 设备D
文件系统和字符设备 一样挂接在I/O系统上
dosFs,rt11Fs,rawFs, tapeFs,cdromFs
块设备通过文件系统操作系统
文件系统的调用关系
为应用提供了丰富的接口
用于支持远程文件系统
嵌入式操作系统
1.1文件系统的应用接口
• 处于最上层的应用对文件系统的操作接口包括：
– ioLib – ansiStdio – fioLib – dirLib – usrFsLib
嵌入式操作系统
• 除了7个标准接口外，ioLib还提供与文件系统相 关的特殊接口
嵌入式操作系统