VxWorks操作系统简介
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 使用案例
vxworks 使用案例VxWorks是一款实时操作系统（RTOS），广泛应用于嵌入式系统、工业控制、航空航天、军事等领域。
以下是一些VxWorks的典型使用案例：1. 嵌入式设备：VxWorks可用于各种嵌入式设备，如智能家居、无人驾驶汽车、工业机器人等。
在这些设备中，VxWorks可以提供实时性能、低功耗和紧凑的系统资源占用。
2. 航空航天：VxWorks在航空航天领域有着广泛应用，如飞行控制系统、卫星通信系统、航空电子设备等。
在这些系统中，VxWorks需要具备高可靠性、实时性和强大的内存管理能力。
3. 军事系统：VxWorks在军事领域也有广泛应用，如导弹控制系统、雷达系统、指挥控制系统等。
在这些系统中，VxWorks需要满足严格的性能、安全性和可靠性要求。
4. 工业控制：VxWorks可用于各种工业控制系统，如生产线自动化、智能仪表、传感器等。
在这些系统中，VxWorks可以提供实时性能、稳定性和易于扩展的特性。
5. 医疗设备：VxWorks在医疗设备中有广泛应用，如超声波设备、心电监测设备、手术机器人等。
在这些设备中，VxWorks需要具备高可靠性、实时性和良好的兼容性。
6. 通信设备：VxWorks可用于通信设备，如交换机、路由器、基站的控制系统等。
在这些设备中，VxWorks需要提供高性能、低功耗和稳定的系统运行。
7. 汽车电子：VxWorks在汽车电子领域也有广泛应用，如发动机控制系统、刹车控制系统、车载信息娱乐系统等。
在这些系统中，VxWorks 需要满足功能安全、实时性和低功耗的要求。
总之，VxWorks作为一款实时操作系统，在众多领域发挥着重要作用。
其高性能、实时性、可靠性和易用性使得它成为许多嵌入式系统和实时控制应用的首选操作系统。
整理的一点vxworks的介绍
1．VxWorks开发商：VxWorks 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。
1984年WRS 公司推出它的第一个版本--VxWorks 1.0.1，在1997年推出了它的最新版本VxWorks 5.3.1。
应用：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。
据称美国市场占有率第一名。
特点：VxWorks 的开放式结构和对工业标准的支持使开发着只需做最少的工作即可设计有效的适合于不同用户要求的实时操作系统。
VxWorks主要有以下特点：微内核结构(最小结构<8KB)微秒中断处理高效的任务管理·多任务，具有256优先级·优先抢占和轮转调度·快速，确定的上下文转换多处理器支持灵活的任务间通信·具有优先级继承的二进制、计数器、互斥的信号量·消息队列·套接字·共享内存·信号异常处理符合POSIX 1003.1b实时扩展标准满足TCP/IP 网络标准灵活的从ROM、磁盘或网络的引导能力快速、灵活的I/O系统支持MS-DOS 和RT-11文件系统完全符合ANSI C 标准多于1100种功能例程开发工具：从1995年以后，WRS 公司推出了一套实时操作系统开发环境-- Tornado。
Tornado集成环境提供了高效明晰的图形化的实时应用开发平台，它包括一套完整的面向嵌入式系统的开发和调测工具。
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之认识（转）
VxWorks之认识（转）Tornado是WindRiver公司开发的用于嵌入式开发的一组产品，它包括32位实时操作系统VxWorks，集成开发环境(IDE，包括编译器等)。
下面是我阅读完VxWorks相关文档后的一些个人认识。
一．VxWorks操作系统VxWorks时实时多任务的嵌入式操作系统，它主要包括任务调度、I/O功能、文件系统、中断管理、内存管理、网络功能、内存管理、BSP（系统启动模块）等。
它的多任务的实现是由中断驱动的，即在每个系统时钟中断中，实现任务的调度。
VxWorks中的任务有优先级的概念。
与其它嵌入式操作系统相比，它有如下优点：1．任务之间的切换快，任务间通信手段多样；2．中断响应的延时短；3．内存管理安全：VxWorks把内存分成很多区域，包括内核区、用户区，并且采用虚拟内存管理的方法，这样大大提高了系统的安全性，并且增加了堆栈溢出的判断；4． I/O功能丰富，硬件驱动全面；5．文件系统强大；6．网络功能全面；7．对任务的实时监控；8． BSP（启动模块）的支持；9．多CPU的支持；10．系统各模块是单独的库，可以根据需要加载。
下面就详细讲述各部分内容。
1．多任务功能：VxWorks的任务有优先级的概念，其任务调度也是基于优先级考虑的，是抢占式的，VxWorks的任务有256个等级，0—255，数目越小表示优先级越高。
高优先级的任务可以打断低优先级的任务而抢先执行，只有在高优先级的任务执行完后，低优先级的任务才可以执行。
其调度算法有两种：完全抢占式的和循环分配式的。
完全抢占式的是除了高优先级任务可以打断低优先级任务外，在相同优先级的任务之间，不可以相互打断，并且同优先级任务不是同时执行的，只有等该任务执行完后，与其相同优先级的任务才可以执行；循环分配式除了具有抢占功能之外，相同优先级的任务是可以同时执行的，即系统时间片是在它们之间平均分配的，这样，相同优先级的任务可以同时执行。
几种嵌入式实时操作系统的分析与比较
⼏种嵌⼊式实时操作系统的分析与⽐较VxWorks、µClinux、µC／OS-II和eCos是4种性能优良并被⼴泛应⽤的实时操作系统。
本⽂通过对这4种操作系统的主要性能进⾏分析与⽐较，归纳出它们的选型依据和适⽤领域。
1 4种操作系统的介绍(1)VxWorksVxWorks是美国WindRiver公司的产品，是⽬前嵌⼊式系统领域中应⽤很⼴泛，市场占有率⽐较⾼的嵌⼊式操作系统。
VxWorks实时操作系统由400多个相对独⽴、短⼩精悍的⽬标模块组成，⽤户可根据需要选择适当的模块来裁剪和配置系统；提供基于优先级的任务调度、任务间同步与通信、中断处理、定时器和内存管理等功能，内建符合POSIX(可移植操作系统接⼝)规范的内存管理，以及多处理器控制程序；并且具有简明易懂的⽤户接⼝，在核⼼⽅⾯甚⾄町以微缩到8 KB。
(2) µC／OS-IIµC／OS-II是在µC-OS的基础上发展起来的，是美国嵌⼊式系统专家Jean J．Labrosse⽤C语⾔编写的⼀个结构⼩巧、抢占式的多任务实时内核。
µC／OS-II 能管理64个任务，并提供任务调度与管理、内存管理、任务间同步与通信、时间管理和中断服务等功能，具有执⾏效率⾼、占⽤空间⼩、实时性能优良和可扩展性强等特点。
(3)µClinuxµClinux是⼀种优秀的嵌⼊式Linux版本，其全称为micro-control Linux，从字⾯意思看是指微控制Linux。
同标准的Linux相⽐，µClinux的内核⾮常⼩，但是它仍然继承了Linux操作系统的主要特性，包括良好的稳定性和移植性、强⼤的⽹络功能、出⾊的⽂件系统⽀持、标准丰富的API，以及TCP／IP⽹络协议等。
因为没有MMU内存管理单元，所以其多任务的实现需要⼀定技巧。
(4)eCoseCos(embedded Configurable operating system)，即嵌⼊式可配置操作系统。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
VxWorks系统和网络协议的接口是靠套接字（Sockets）来 实现的
网络通信机制
NFS Tornado tgtsvr rlogin telnet rsh
Network Driver ftp
RPC
zbuf zbuf API API TCP IP
Sockets
UDP
Ethernet
Shared Memory
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。
任务调度——禁止抢占
Wind内核可通过调用taskLock()和taskUnlock（）来使调 度器起作用和失效。当一个任务调用taskLock()使调度器 失效，任务运行时没有基于优先级的抢占发生。然而，如 果任务被阻塞或是悬置时，调度器从就绪队列中取出最高 优先级的任务运行。当设置抢占禁止的任务解除阻塞，再 次开始运行时，抢占又被禁止。 这种抢占禁止防止任务的切换，但对中断处理不起作用。
网络系统
VxWorks的网络系统提供了对其它网络和 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），远程文件访问以及BOOTP 和 ARP 代理。 无论是松耦合的串行线路、标准的以太网连接 还是紧耦合的利用共享内存的背板总线，所有 的 VxWorks 网络机制都遵循标准的 Internet 协议
任务状态及其跃迁
四种基本任务状态及状态迁徙
任务调度——优先级抢占式调度
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255共 256个优先级。当任务被创建时，系统根据给定值分配 优先级。用户也可通过调用taskPrioritySet()来改变优先 级。
I/O与文件系统
VxWorks 中，I/O系统分为字符I/O和块I/O，文件 系统是一种块I/O。I/O系统实现可分为几个层次：
底层的设备驱动、I/O系统、其他系统模块（包括文件系 统）、应用程序。
I/O系统使用标准的接口调用设备驱动程序相应 的函数。 文件系统是在I/O基础上实现的一个系统组件，针 对的是块I/O操作。
taskA taskB
通信机制——信号
任何任务和中断程序都能向特定的任务发出信号，收到信 号的任务立即挂起正在执行的线程，转而在下一时间调度 运行特定信号处理程序。
类似于硬件中断
网络通信机制
VxWorks提供了如下一些网络工具完成信息传送：
Sockets完成VxWorks系统和其他系统之间的任务消息传送； 远程过程调用（RPC）允许任务调用另一主机上的过程； 远程文件存储：采用NFS、RSH、FTP等方式远程存储主机文件 文件输出
高 优 先 级 低 t1 时 注： 表示抢占 间 表示任务完成 t1 t2 t3 t2
任务调度——时间片轮转调度
基于优先级抢占调度可以扩充时间片轮转调度
轮转调度法分配给处于就绪态的每个同优先级的任务一个相同的执行 时间片。一个任务用完时间片之后，就进行任务切换，停止执行当前 运行的任务，将它放入队列尾部，并开始执行就绪队列中得下一个任 务。时间片的长度可以调用KernelTimeSlice（）来指定。
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)
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。
通信机制
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
内存管理模块
内存管理模块由内存分配和内存保护两个相互 独立的子模块 内存保护机制
基于MMU的内存保护机制 将内核与用户模式应用程序分离 将应用程序彼此分离 紧凑的内存分区管理器(memPartLib) 完整的内存分区管理器(memLib)
内存管理函数
内存碎片
编程尽量使用静态内存分配
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
动态内存分配会导致响应和执行时间不确定、内存碎片等问题
VxWorks没有清除碎片的功能
找不到一个合适的时间把正在运行的程序暂停下来清理内存
内存碎片对实时性影响
使得系统的可用空间减少 增加内存管理单元的计算负担
只能避免碎片
限制使用动态内存分配：
参考文献： 1.嵌入式VxWorks系统开发与应用，王学龙，人 民邮电出版社 2.给予VxWorks的嵌入式实时系统设计，王金刚， 清华大学出版社
任务结构——任务控制块（TCB）
任务上下文切换
当前运行的任务的上下文被存入TCB 将要被执行的任务的上下文从它的TCB中取出，放入各个 Delayed Pended 寄存器中。
TCB TCB TCB Kernel Ready Executing TCB
Suspended
TCB
TCB
TCB
TCB
CPU
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还提供POSIX信号量和多处理器上信号量的应用。
高性能的实时操作系统核心 wind
最简内核
任务的管理与调度 8k 对外设不做假设
内核不处理外设
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
VxWorks：标准的单CPU版本 VxFusion：标准的多CPU版本
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。 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
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）。 特点：
具有一个高性能的操作系统内核Wind（实时性好、可裁减） 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系统应用举例ห้องสมุดไป่ตู้
航空航天、电信网络、工业控制、仪表仪器
VxWorks系统体系结构
板级支持包BSP(Board Support Package) 微内核wind I/O系统 文件系统 网络系统
VxWorks任务管理
从系统的角度看，任务是竞争系统资源的最小运行单元。 VxWorks任务管理主要包括：
任务状态及其跃迁 任务调度 任务结构 VxWorks实时内核Wind提供了基本的多任务环境，系统 内核根据某一调度策略让它们交替运行。 系统调度器使用任务控制块的数据结构（简记为TCB)来 管理任务调度功能。