实时嵌入式操作系统vxworks及其开发环境Tornado浅析.pdf

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1、万方数据实时嵌入式操作系统vxworks及其开发环境Tornado浅析中国电子科学研究院李璐摘要本文介绍了嵌入时实时系统的发展概况，当前市场上比较流行的Vx-works操作系统及其集成开发环境Tornado。VxWorks是Wmcl加er公司为实时嵌入式系统设计开发的操作系统软件，为程序员提供了高效的实时任务调度、中断管理，实时的系统资源以及实时的任务间通信。其核心功能主要有微内核、任务间通信机制、网络支持、文件系统和I／o管理等其他标准支持。关键词嵌入式实时操作系统VxWorks一、实时嵌入式操作系统概述嵌入式系统最早源于20世纪60年代的国防系统中，目前，嵌入式计算机系统已

2、广泛应用于工业、交通、能源、通信、科研、国防等领域。而嵌入式微处理器体系结构也经历了从最初的CISC到RISC和CompactRISC的转变。本文跟踪当前市场上流行的实时嵌入式系统的发展，介绍了VXWorks操作系统及Tornado集成开发环境下进行主机一目标机交互式的开发方法。实时系统是指那些产生系统输出的时间对于系统至关重要的系统，从输入到输出的滞后时间必须足够小到一个可以接受的时限(timeline)内。通常实时系统可分为软实时系统和硬实时系统，前者可能只使系统性能降低，而后者的后果往往无法预测且多是灾难性的。嵌入式系统是指那些硬软件结合紧密，完成一种或多种特定功能的计算

3、机系统，它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及特定的程序四个部分组成，由此实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。目前国际上有许多处理器厂商，如Motorola、Intel、AMD、NEC等，从体系结构上分，有代表性的是：Motorola的PowerPC系列、Intel的StrongArm系列和国家半导体的X86系列。二、VxWorks实时嵌入式操作系统vXWorks是专门为实时嵌入式系统设计开发的操作系统软件，它为程序员提供了高效的实时任务调度、中断管理、实时的系统资源以及实时的任务间通信。VxWorks从1983年设计成功以来，已成功应用在航天、航空、舰船

4、、通信、医疗等关键领域。不久前引人关注的美国“勇气”号火星探测器就采用了VxWorks操作系统。目前，VxworkS已经成为事实上的工业标准和军用标准，大量软硬件厂家都提供VxworkS的扩展组件，因此，VXworks在各种CPU硬件平台上可以提供统一的接口和一致的运行特征，应用程序不用任何改动就可以运行在各种CPU上，为程序员提供了一致的开发、运行环境，减少了重复劳动。VxWorks操作系统包括了进程管理、存47万方数据储管理、设备管理、文件管理、网络协议及系统应用等几部分，图1描述了VxWorkS操作系统组成。图1vxWorks操作系统组成VxWorkS操作系统包括以下特点

5、，表1对此作了总结：(1)广泛的兼容平台Vxworl王S系统运行环境支持的CPU包括：PowerPC、68K、CPU32、SR球C、1960、x86、MIPS等；同时支持RISC、DSP芯片。支持多种硬件环境也是VxworkS得以流行的重要原因。同时，从中可以看出，VXworks同世界许多硬件厂商有着紧密的关系。(2)高性能可裁剪实时微内核windVxworks的微内核wind是一个具有较高性能的、标准的嵌入式实时操作系统内核，其主要特点包括：快速多任务切换、抢占式任务调度、任务间通信手段等。该内核具有任务间切换时间短、中断延迟小、网络流量大等特点，与其他嵌入式实时操作系统相比

6、具有一定的优势。VxworkS系统具有较好的可裁剪的能力，可裁剪的组件超过80个，用户可以根据自己系统的功能目标通过交叉开发环境方便地进行配置。wind使用中断驱动和优先级的方式。它缩短了上下文转换的时间开销和中断的时延。在VxWorks中，任何例程都可以被启动为一个单独的任务，拥有它自己的上下文和堆栈。还有一些其他的任务机制可以使任务48挂起、继续、删除、延时或改变优先级。wind核提供信号量作为任务间同步和互斥的机制。在wind核中有几种类型的信号量，它们分别针对不同的应用需求：二进制信号量、计数信号量、互斥信号量和POSIX信号量。所有的这些信号量是快速和高效的，它们除了

7、被应用在开发设计过程中外，还被广泛地应用在VxWorks高层应用系统中。对于进程问通信，wind核也提供了诸如消息队列、管道、套接字和信号等机制。(3)I／o和文件系统VXWorks提供了一个快速与标准C兼容的I／0系统，包括：·UNIX标准的缓冲I／O·POSIX标准的异步I／o而且它提供了网络、管道、RAM盘、SC—SI、键盘、显示、磁盘和并口等众多驱动。VxWorkS提供的快速文件系统适合实时应用，标准的块设备接口，使文件系统能够灵活的在设备驱动程序问移植。VXWorks支持文件系统，