VxWorks基础知识
VxWorks任务基础
任务优先级
从0（最高）到255（最低） 程序员可以动态地对优先级进行操作 – taskPriorityGet (tid, &priority) – taskPrioritySet (tid, priority) 使用这些函数会使得程序分析起来比较困难，不 建议使用
任务堆栈（stack）
什么时候会发生上下文切换
任务在执行过程中会发生同步上下文切换 – 任务自身发生阻塞、延时、挂起等状态变化 – 当一个优先级高的任务准备运行 – 降低任务的优先级或任务退出执行（不常发生） 当有中断ISR到来时会发生异步上下文切换 – 使得一个优先级高的任务准备运行 – 挂起当前的任务或降低它的优先级（不常发生） 同步上下文切换比异步上下文切换要保存的寄 存器少，因此切换速度快
任务控制
（2）任务挂起/恢复(suspend/resume) taskSuspend(tid) 使任务不能够执行 可以被增加阻塞和睡眠状态 一个任务可以安全地挂起自己 taskResume(tid) 取消挂起 通常taskSuspend()和taskResume()被用于调试 和开发的目的
任务控制
(3)任务睡眠（delayed） 使任务睡眠一定的系统时钟周期 – STATUS taskDelay（ticks） 每隔1/7秒进行轮询 FOREVER{ taskDelayed( sysClkRateGet()/7); … } 使用sysClkRateSet()改变时钟频率
4.5.3 代码重入（Reentrancy）
代码重载是指同一段代码可以被多个任务调用， 而且不出错。 代码内应该无全局变量或静态变量；代码不修 改自身。 VxWorks使用下面的机制来实现重入 – 动态堆栈变量 – 由信号量保护的全局或静态变量 – 任务变量
嵌入式实时操作系统VxWorks入门
嵌入式实时操作系统VxWorks入门VxWorksVxWorks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)，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。
VxWorks原先对中国区禁止销售，自解禁以来，在我们的军事、通信、工业控制等领域得到了非常广泛的应用。
VxWorks的实时性体现在能于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。
因此，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。
本文将对这个操作系统进行一个入门级的、全面的介绍。
为力求展示其全貌，全文共分五章：(1)搭建VxWorks嵌入式开发环境;(2)简要介绍VxWorks的基本组成，内核的基本结构;(3)概述VxWorks板级支持包(BSP)的概念及VxWorks的启动过程;(4)介绍VxWorks设备驱动的架构及编写方法;(5)指明VxWorks应用开发的思路，任务调度及任务同步、中断与任务的同步机制。
以上各章中将贯穿着许多实例，由于本文定位于入门级教程，所以文中的实例都将十分简单。
下面我们进入第一章内容的讲解。
嵌入式系统的调试调试方法一般为通过PC(宿主机)上的集成开发环境交叉编译针对特定电路板(目标机)的程序，然后将程序通过目标板的JTAG、串口或网口等途径下载到目标板上运行。
因此，为了构造一个嵌入式系统的学习环境，拥有一块包含CPU、存储器及I/O 电路(构造计算机系统)的目标电路板往往是必要的。
虽然许多集成开发环境附带模拟软件，但仅限于指令集的模拟，均无法模拟物理的目标机硬件平台，因而在其上只能进行应用程序的象征性模拟开发。
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入门
1. 概述1.1 TORNADO 组件1.1.1 开发工具1.1.2 实时系统1.1.3 Tornado 文件目录1.2 硬件/软件配置1.3 booting介绍1.4 Tornado开始过程1.5 WDB 代理2 Projects2.1 bootable projects2.2 集成模拟器vxsim2.3 Downloadable projects 2.4 build说明3 WindSh 和Browser3.1 WindSh3.2 Browser4 CrossWind4.1 Debugging简介4.2 任务级Debugging 4.3 系统级DebuggingVxWorks 是美国Wind River System 公司（以下简称风河公司，即WRS 公司）推出的一个实时操作系统。
WRS 公司组建于1981年，是一个专门从事实时操作系统开发与生产的软件公司，该公司在实时操作系统领域被世界公认为是最具有领导作用的公司。
VxWorks 是一个运行在目标机上的高性能、可裁减的嵌入式实时操作系统。
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。
1984年WRS 公司推出它的第一个版本--VxWorks 1.0.1，在1999年推出了它的最新版本VxWorks 5.4。
从1995年以后，WRS 公司推出了一套实时操作系统开发环境-- Tornado。
1.1 Tornado2.0 组件Tornado是嵌入式实时领域里最新一代的开发调试环境。
Tornado给嵌入式系统开发人员提供了一个不受目标机资源限制的超级开发和调试环境。
T ornado包含三个高度集成的部分：. 运行在宿主机和目标机上的强有力的交叉开发工具和实用程序；. 运行在目标机上的高性能、可裁剪的实时操作系统VxWorks；. 连接宿主机和目标机的多种通讯方式，如：以太网，串口线，ICE或ROM仿真器等。
vxworks基础培训
烽火科技
VxSim的HelloWorld（四）
• 最后：查看新弹出的对话框（VxWorks Simulator），^_^ ，可以看到输出的 Hello World
•
此时，还会弹出了一个VxSim Launch的界面，这是主机用来连接目标机的。 点击OK。如果正确安装Tornado并配置正确的话，此时桌面右下角会出现 的图标（如果出现问题，会出现 的图标），点击它可以看到Target Server是 否正常工作。
烽火科技
开发板开发嵌入式程序
• 操作系统的制作与下载
– – – – – – 修改Config.h 制作BSP及bootrom 制作操作系统 配置FTP Server 启动超级终端 引导和下载操作系统
• 应用程序的编制和调试
烽火科技
操作系统的制作与下载
修改Config.h
• VxWorks的缺省配置参数由tornado\target\config\all目录中 的configAll.h决定，如第528行开始通信路径的配置 • 对于某一目标板特定的配置参数，如ads860，使用 tornado\target\config下相应目录中的config.h，下面以 ads860板为例 • 如果没有相应目录，可定制，如建立8240目录，其文件代 码由BSP开发人员编写
• WindShell
– 允许用户调用内存中的应用程序模块或是 VxWorks模块中的任何例程
烽火科技
创建任务
• 在usrAppInit函数中添加函数userMain( )，作为自己应用程序的入口函数。
•
编写一个C文件（uesr.c），内容如下：
烽火科技
编译代码及运行
• 选择Add Files,添加uesr.c到工程中:
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开发入门教程索引
vxWorks还提供了内存泄漏检测功能，以帮助用户发现并及时处理内存泄漏问题。同时，vxWorks还支持内 存回收功能，可以自动回收不再使用的内存空间。
03 开发环境搭建与 配置
安装与配置开发环境
安装Wind River Workbench
下载并安装适用于您的操作系统的Wind River Workbench，这是开发vxWorks应用程序的集成开发环境（ IDE）。
vxWorks开发入门教程索 引
contents
目录
• 引言 • vxWorks基础知识 • 开发环境搭建与配置 • 驱动程序开发与调试 • 中间件及组件应用 • 系统优化与性能提升 • 项目实战：基于vxWorks的智能家居控
制系统设计
01 引言
vxWorks概述
01
vxWorks是一款实时操作系统（RTOS），专为嵌入式系统设计 ，具有高性能、可确定性和低延迟等特点。
日志和跟踪工具
使用vxWorks提供的日志和跟踪工具来记录应用程序的运行状态和错误信息。这有助于 分析和解决问题。
04 驱动程序开发与 调试
设备驱动模型概述
01
设备驱动模型组成
包括设备、驱动和服务等组件， 用于实现硬件设备的抽象和访问 控制。
02
设备驱动模型作用
提供统一的设备访问接口，屏蔽 底层硬件细节，简化驱动开发流 程。
关键模块代码实现及讲解
设备驱动模块
展示设备驱动模块的代码实现，包括 设备初始化、数据读写等操作。
通信协议模块
介绍通信协议模块的实现，包括协议 的选择、封装和解封装等过程。
应用功能模块
展示应用功能模块的代码实现，如远 程控制、自动化场景设置等。
Works操作系统学习笔记
VxWorks 操作系统学习笔记1. VxWorks 任务任务：在执行时每个程序都被称之为任务。
VxWorks操作系统中，任务可以直接地或者以共享方式访问大多数系统资源，为了维护各自的线程，每个任务必须保持有足够的上下文环境。
(1) 任务状态：就绪（READY）：该状态时任务仅等待CPU的状态，不等待其他任何资源。
阻塞（PEND）：任务由于一些资源不可用而被阻塞时的状态。
睡眠（DELAY）：出于睡眠的任务状态。
挂起（SUSPEND）：该状态时任务不执行，主要用于调试用。
挂起仅仅约束任务的执行，并不约束状态的转换，因此pended-suspended状态时任务可以解锁，delayed-suspended状态时任务可以唤醒。
DELAY+S：既处于睡眠又处于挂起的任务状态。
PEND+S：既处于阻塞又处于挂起的任务状态。
PEND+T：带有超时值处于阻塞的任务状态。
PEND+S+T：带有超时值处于阻塞，同时又处于挂起的任务状态。
state+I：任务处于state且带有一个继承优先级。
------------------------------------------------------------------------| ready | ——> | pended | semTake () / msgQReceive () || ready | ——> | delayed | taskDelay () || ready | ——> | suspended | taskSuspend () || pended | ——> | ready | semGive () / msgQSend () || pended | ——> | suspended | taskSuspend () || delayed | ——> | ready | expired delay || delayed | ——> | suspended | taskSuspend () || suspended | ——> | ready | taskResume () / taskActivate () || suspended | ——> | pended | taskResume () || suspended | ——> | delayed | taskResume() |------------------------------------------------------------------------(2) Wind任务调度在Wind内核中，默认算法是基于优先级的抢占式调度算法，也可以使用轮转调度算法。
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VxWorks基础知识收藏1.多任务：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。
3.任务切换之前要保存上下文。
4.优先级是动态的0~255，0级最高。
5.Wind内核taskLock()和taskUnlock（）禁止和解除抢占，但对中断不起作用。
6.异常处理：VxWorks异常处理包，一般是将引起异常的任务休眠，保存任务在异常出错处的状态值。
内核和其它任务继续执行。
7.为什么要共享存储区：任务间通信的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。
8. 为什么要互斥：当某一地址空间用于数据交换时，为了避免冲突，对于内存的锁定是非常重要的。
一般来说，关中断是最有效的解决互斥的方法。
但这对于实时应用来说，它阻止系统对外部事件的响应，无法满足实时性的要求。
同样，中断延迟也是不能接受。
因为它们没有实时性。
所以要用信号量来完成互斥，主要是二进制信号量，并且二进制信号量不仅能完成互斥而且能完成同步！,但是关中断应该用到程序的初始化过程中。
9.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，有以下三种信号量：⊙二进制信号量使用最快捷、最广泛，主要用于同步或互斥；⊙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还提供POSIX信号量和多处理器上信号量的应用。
10.消息队列，任务之间利用消息队列发送和接收消息。
11.管道：管道是一种灵活的消息传送机制，它比消息队列强在有一个select()12.信号量的创建与删除：semBCreate() 创建（产生并激活）一个二进制信号量semMCreate() 创建（产生并激活）一个互斥信号量semCCreate() 创建（产生并激活）制一个计数信号量semDelete() 中止并自由信号量semTake（）获得信号量semGive() 给出信号量semFlush() 解锁所有正等待某一信号量的任务13.消息队列的创建与删除：msgQCreate() 创建（产生并激活）消息队列msgQDelete() 中止并自由信号量msgQSend() 向消息队列发送消息msgQReceive() 从消息队列接收消息14.网络通讯：与其它主机进行通信。
15. 套接口Sockets:套接字（sockets）来实现Vxworks系统和网络协议的接口.套接口是通讯的基础，应用程序一般仅在同一类的套接口间通讯。
主要的两种套接口：流套接口（采用TCP协议）和数据报套接口（采用UDP协议），两者都是双向传输，且流套接口提供有序和无重复的数据流服务，虽然数据报套接口没有提供有序和无重复的数据流服务，但是它的最大的特点是记录边界。
16.套接口（socket)通信的最大优点是：过程间的通信是完全对等的，不管网络中过程的定位或主机所运行的操作系统。
17.套接口Socket的函数：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() 关闭套接口前面四个函数相当于网络驱动。
18. 实时系统中硬件中断处理是至关重要的，因为它是以中断方式通知系统外部事件的发生。
为了快速响应中断，中断服务程序ISR运行在特定的空间，有自己的上下文。
不同于其它任何任务，因此中断处理没有任务的上下文切换。
中断函数：intConnect() 将C函数和中断向量联结intCount() 得到当前中断套叠深度intLevelSet() 设置程序中断级别intLock() 使中断禁止（关中断）intUnlock() 开中断intVecSet() 设置异常向量intVecGet() 得到异常向量在程序中用的最多的就是关开中断了，intLock()和intUnlock().所有的中断服务程序使用同一中断堆栈，它在系统启动时就已根据具体的配置参数进行了分配和初始化，必须保证它的大小，以使它能满足最坏的多中断情况。
因此在程序设计初，即程序入口处就要设定中断堆栈的大小，而这个大小没有什么的定的公式可循，只能依据经验。
中断也有缺陷：ISR不运行在常规的任务上下文，它没有任务控制块。
对于ISR的基本约束就是它们不能激活那些可能使调用程序阻塞的函数，例如，它不能获取信号量，因如果该信号量不可利用，内核会试图让调用者切换到悬置态。
然而，ISR能给出信号量。
因为调用者就是ISR，是中断被悬置，这是很不好的。
不过这只是它为了满足实时性的一个约束条件。
不能算是缺陷哈。
19.ISR到任务的通讯和同步：Ж. ISR很少作为信息的接收者，它不可以等待接收信息包或事件．ISR通常作为通信或同步的发起者，它通常返回一个信号量、向队列发送一个信息包或事件给一个任务。
Ж. ISR内的系统调用总是立即返回ISR本身。
例如，即使ISR通过发送信息包唤醒了一个很高优先级的任务，它也首先必须返回ISR。
这是因为ISR必须先完成。
20. 时钟管理功能：┓维护系统日历时钟；┓在任务等待消息包、信号量、事件或内存段时的超时处理；┓以一定的时间间隔或在特定的时间唤醒或发送告警到一个任务。
┓处理任务调度中的时间片轮循。
这些功能都依赖于周期性的定时中断，离开实时时钟或定时器硬件就无法工作。
时钟管理的系统调用有：tickAnnounce() 通知系统内核时钟“滴答”tickSet() 设定内核时钟计数器值tickGet() 得到内核时钟计数器值timer_create() 创建时钟timer_gettime() 获得时钟器给定值的当前剩余值timer_settime() 设定时钟值timer_connect() 联系用户函数和时钟信号timer_cancel() 取消一个时钟sysClkRateSet() 系统时钟速率设置21.看门狗Watch Dog的作用：VxWorks看门狗定时器作为系统时钟中断服务程序的一部分，允许C语言函数指明某一时间延迟。
（我还以为只是有关safe（看门）的作用呢：））。
被看门狗定时器激活的函数运行在系统时钟中断级。
然而，如果内核不能立即运行该函数，函数被放入tExcTask工作队列中。
在tExcTask工作队列中的任务运行在最高优先级0。
看门狗定时器调用函数：wdCreate() 分配并初始化看门狗定时器wdDelete() 中止并解除看门狗定时器wdStart() 启动看门狗定时器wdCancel() 取消当前正在计数的看门狗定时器22.Tanado集成开发环境：Tornado环境采用主机--目标机交叉开发模型，应用程序在主机（的Windows环境）下开发（编译链接生成可执行文件），在目标机上调试（下载到目标机，通过主机上的目标服务器与目标机上的目标代理程序的通信完成对应用程序的调测、分析）。
即应用程序在主机上开发，在目标机上调试~！23. Tonado个集成组件的功能：⊙Tornado开发环境：Tornado是集成了编辑器、编译器、调试器于一体的高度集成的窗口环境，同样也可以从Shell窗口下发命令和浏览。
⊙WindConfig：Tornado系统配置通过WindConfig可选择需要的组件组成VxWorks实时环境，并生成板级支持包BSP的配置。
⊙WindSh:Tornado外壳WindSh是一个驻留在主机内的C语言解释器，通过它可运行下载到目标机上的所有函数，包括VxWorks和应用函数。
Tornado外壳还能解释常规的工具命令语言TCL。
⊙浏览器Tornado浏览器可查看内存分配情况、系统目标（如任务、消息队列、信号量等）。
这些信息可周期性地进行更新。
⊙CrossWind:源码级调试器——提供交叉调试源码级调试器CrossWind提供了图形和命令行方式来调试，可进行指定任务或系统级断点设置、单步执行、异常处理。
⊙驻留主机的目标服务器目标服务器管理主机与目标机的通信，所有与目标机的交互工具都通过目标服务器，它也管理主机上的目标机符号表，提供目标模块的加载和卸载——在主机与目标机通讯时使用。
⊙Tornado注册器所有目标服务器注册其提供的服务在注册器中。
注册器映射用户定义的目标名到目标服务器网络地址——应需提前设置。
⊙VxWOrksTornado包含了VxWorks操作系统。
⊙目标代理程序目标代理程序是一个驻留在目标机中的联系Tornado工具和目标机系统的组件。
一般来说，目标代理程序往往是不可见的。
23. 系统启动：在实时应用系统的开发调测阶段，往往采用以PC机作为目标机来调测程序。
主机PC和目标机PC之间可采取串口或是网口进行联结。
由于大多数目标已配有网卡，网络联结成为最简单快速的连接方式。
串口联结虽通信速率不高，也有它自己的优点，系统级任务调试（如中断服务程序ISR）需使通信方式工作在Polled 模式，网口联结就不支持。
因此就有两种通讯方式下的启动方式来制作Vxworks启动盘，它和Windows系统不同的，Ｖｘｗｏｒｋｓ操作系统是需要定制的，裁掉不需要的系统，这样可以使系统更小，满足目标板的内存约束。
24. 串口通信时目标机VxWorks系统启动盘的制作步骤：1.修改通用配置文件\\Tornado\target\config\pc486\config.h.在config.h文件中加入以下宏定义：#undef WDB_COMM_TYPE#define WDB_COMM_TYPE WDB_COMM_SERIAL#define WDB_TTY_CHANNEL 1#define WDB_TTY_BAUD 9600并且修改#define DEFAULT_BOOT_LINE中vxWorks为vxWorks.st。
2.在Tornado集成环境中点取Project菜单，选取Make PC486，选择Common Tar get,先进行clean操作;再选择 Boot Rom Target,进行bootrom_uncmp操作；再选择VxWorks Target,进行vxworks.st操作。
3.拷贝\\Tornado\target\config\pc486\bootrom_uncmp至\\Tornado\host\bin下;4.重命名文件bootrom_uncmp为bootrom;5.准备一张已格式化的空盘插入软驱；6.在目录\\Tornado\host\bin下执行命令mkboot a: bootrom ；7.拷贝\\Tornado\target\config\pc486\VxWorks.*至软盘;8.将系统制作盘插入目标机软驱，加电启动目标机即载入VxWorkst系统。