实时嵌入式操作系统vxworks.pdf

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1、r 实时嵌入式操作系统 v x w o r k s 及其开发环境 T o r n a d o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 V X W O r k s 操作 系统及其集成开发环境 T o r n a d o。Vx Wo r k s 是 Wi n d r i v e r 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

2、系统V x Wo r k s 一、实时嵌入式操作系统概述 嵌入式系统最早源于2 0 世纪6 0 年代的 国防系统中，目前，嵌入式计算机系统已广泛 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 C I S C到 R I S C和 C o mp a c t R I S C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 V x Wo r k s 操作系统及 T o r n a d o 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

3、个可以接受的时限(t i m e l i n e)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。嵌人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机系统，它 一般由嵌人式微处理器、外围硬件设备、嵌人 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 Mo t o r o l a、I n t e l、A MD、N E C等，从体系结构 上分，有代表性的是：Mo t o r o l a的 P o we r P C 系列、I n t e l 的S t

4、 r o n g A r m系列和国家半导体 的 X 8 6系列。二、V x Wo r k s 实时嵌入式 操作系统 v x Wo r k s 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。V x Wo r k s从 1 9 8 3年设计成功以来，已成功应用在航天、航空、舰船、通信、医疗等关键领域。不久前 引入关注的美国“勇气”号火星探测器就采用 了 V x w0 r k s 操作系统。目前，V x wo r k s 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 Vx w o r k s

5、的扩展组件，因 此，V x w o r k s 在各种 C P U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 C P U上，为 程序员提供了一致的开发、运行环境，减少了 重复劳动。V x wo r k s 操作系统包括了进程管理、存 4 7 维普资讯 http:/ 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Vx Wo r k s 操作 系统组成。图 1 V x Wo r k s 操作系统组成 V x Wo r k s 操作系统包括以下特点，表 1 对此作了总结：(1)广泛的兼容平台 V x w o r k s 系统运行

6、环境支持的 C P U包 括：P o w e r P C、6 8 K、C P U 3 2、S P A R C、I 9 6 0、X 8 6、MI P S等；同时支持 R I S C、D S P芯片。支持多种硬件环境也是 V x w o r k s 得以流行 的重要原因。同时，从中可以看出，Vx w o r k s 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 w i n d V x w o r k s 的微 内核 w i n d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、

7、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具有 一定的优势。V x w o r k s 系统具有较好的可裁剪的能 力，可裁剪的组件超过 8 0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。w i n d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 Vx Wo r k s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 4 8 挂起、继续、删除、延时或改变优先级。w i n d核提供信号量作为任务间同步和 互斥的机制。在 win d核中有几种类型的信 号量，它们分

8、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 P O S I X 信号量。所有的这些信号量是快速和高效 的，它们除了被应用在开发设计过程中外，还 被广泛地应用在 Vx wo r k s 高层应用系统中。对于进程问通信，win d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 V x wo r k s 提供了一个快速与标准 C兼 容的 I O系统，包括：U NI X标准的缓冲 I O P O S I X标准的异步 I O 而且它提供了网络、管道、盘、S C S I、键盘、显示、磁盘和并 口等众多驱动。v x wo r k s 提供的快速文件系统适合实

9、 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 间移 植。V x Wo r k s 支持文件系统，包括 d o s F s、r t l l F s、r a w F s、t a p e F s、T r u e F F S、C d R o m F s 等(4)板 级 支 持 包 B S P(B o a r d S u p p o r t P a c k a g e)板级支持包对各种板子的硬件功能提供 了统一的软件接口，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。每个 板级支持包括一个 R O M 启动(B o o t

10、R O M)或其他启动机制。(5)网络设施 V x Wo r k s 的网络结构如图所示，它提供 了对其他网络和 T C P I P网络系统的“透明”访问，包括与 B S D套接字兼容的编程接口、远程过程调用(R P C)、S N MP(可选项)、远程 文件访问(包括客户端和服务端的 N F S机制 以及使用 R S H、F T P或 T F T P的非 NF S机 制)以及 B O O T P和 A R P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 Vx 维普资讯 http:/ Wo r k s 网络机制都遵循标准的 I n t e r n

11、e t 协 议。表 1 V x Wo r k 5 操作 系统的主要特点 项 目 特点 高效的任务管理 a)无限数目多任务，具有 2 5 6 个优先级；b)具有优先级抢占和时间片轮转调度；c)快速的、准确性的上下文切换。Wi n d内核 快速灵活的任务件通讯 a)三种信号灯：二进制、计数、有优先级继承特性的互斥信号灯；b)P。s I X管道、记数信号量、消息队列、信号和调度；高度可裁剪性、动态连接和模块加载、高效的中断和异常事件处理、优化浮点支 持、动态内存 管理时钟和记时工具。B S D 4 4 T C P I P、I P，I G MP，C I D R，U D P，A R P，R A R P、

12、R I P、B e r k e l e y S o c k e t，Z e r o 网络支持 b u f f e r s、S L I P，P P P O O T P，D NS，D H C P，T F T P、N F S，O N C，R P C、F T P，R l o g i n，R s h，T e l n e t、S N T P、S N MP V 1 V 2 V 3、O S P F(O p t i o n)、Wi n d N e t S T R E A MS P O S I X支持、S C 1 支持、兼容 MSD O S F A T 1 6 3 2、R A W 文件系统、T R U E F S

13、 S I o支持 闪存文件系统、1 S O 9 6 6 0 C DR 0 M、P C MC I A M o t o r o l a 6 8 K、Mo t o r o l a C o l d F i r e、Mo t o r o l a I B M P P C、Mo t o r o l a M C o r e、I n t e l 目标机支持 X 8 6、I n t e l A R M S t r o n g A R M、N E C、N E C L S I MI P S、HI T A C HI S H、S UN S PARC、S T一2 O 数据网络、工业、数字成像、交通运输、远程通信、航天、安全

14、、计算机外围设备、应用领域 多媒体、消费电子 图 2 V x wo r k 5 网络结构 三、T o r n a d o 集成开发环境(I D E)V x w o r k s 是一种功能强大而且 比较复杂 的操 作 系统，而 T o r n a d o就是 为开 发 v x w o r k s 应用系统提供的集成开发环境，T o r n a d o I D E主要组成部分有：集成的源代码编辑器；工程管理工具；集成的 C和 C 一 编译器和 m a k e 工具；浏览器(B r o w s e r)，用于收集可视化资 源，监视 目标系统；C r o s s Wi n d，图形化的增强型调试器；w

15、i n d S h，C语言命令外壳，用于控制目 标机；V x S i m，集成的 V x Wo r k s目标机仿真 器；wi n d Vi e w，集成的软件逻辑分析仪。在 T o r n a d o 集成环境上的开发其基本点 是动态链接与加载，即 T o r n a d o允许开发者 增量地将目标模块加载到目标系统上去，这 种动态的链接和加载功能是 T o r n a d o系统的 核心功能，可以使开发者省去通常的开发步 骤：在主机上将应用程序与内核链接起来，然 后将整个应用程序下载到目标系统上去。这 4 9 维普资讯 http:/ 系统工程中软件工程技术 与 C MM 的融合应用 中国电

16、子科学研究院 沈 涛 摘要本文简述了软件工程的发展过程扣现状，软件能力成熟度模型的概念及 主要 内容；介绍 了软件工程技术与软件能力成熟度模型融合的应用方法：论述了 实现两者融合的意义。关键词软件工程 能力成熟度模型 融合 一、概 述 电子信息系统工程一般具有规模大、应 用功能复杂、研制周期长、研制单位和参加研 制人员多的特点。在系统工程中，计算机软 件已经成为系统的灵魂和核心，具有特殊的 地位。因此，加强管理，保证系统软件质量意 义重大。软件工程技术(S E A，S o f t w a r e E n g i n e e n i n g T e c h n o l o g y)从 2 0世纪

17、 6 0年代末 开始至今，经过三十多年的发展历程，其软件 工程的概念、理论、框架、模型、方法以及应用 工具不断形成、不断进步、不断成熟。软件工 程技术的应用，推动 了世界软件产业和系统 工程技术 的发展和进步。2 0世纪 8 0年代 以 来，软件能力成熟度模型(C MM，C a p a b il i t y Ma t u r i t y Mo d e 1)的理论和框架逐步形成，并 得到世界软件界的公认，至今 已成为世界软 件产业事实上的标准。S E A与 C MM 之间究 样，编辑一测试一调试的周期会大为缩短；而 且，所有的模块都是可以共享的，主机上的应 用程序模块也不需要重新链接，所以，加载 目 标模块到运行中的 V x Wo r k s目标 系统 中以 达到调试和重新配置的 目的成为可能。图 3 为T o r n a d o主机与目标机系统交互关系。四、总 结 本文介绍 了实 时嵌入式 系统 V x Wo r k s 及其集成开发环境 T o rna d o组成和特点，随 着计算机硬软件的不断发展，嵌入式计算机 技术将越来越多地深入到人们的日 常生活和 科研生产活动中。图 3 T o r n a d o 主机与目标机系统交互关 系 维普资讯 http:/