嵌入式论文——嵌入式操作系统VxWorks

1、嵌入式操作系统VxWorks摘要：本文介绍了嵌入式操作系统VxWorks的内部结构和特点，以及跟其他操作系统的进行比较，了解各自的有缺点以及使用的领域，最后对WxWorks进行展望。关键字：嵌入式操作系统VxWorks1.嵌入式操作系统背景随着计算机技术的迅速发展和芯片制造工艺的不断进步，嵌入式系统的应用日益广泛：从民用的电视、手机等电路设备到军用的飞机、坦克等武器系统，到处都有嵌入式系统的身影。在嵌入式系统的应用开发中，采用嵌入式实时操作系统（简称RTOS）能够支持多任务，使得程序开发更加容易，便于维护，同时能够提高系统的稳定性和可靠性。这已逐渐成为嵌入式系统开发的一个发展方向。2.什么是V

2、xWorksVxWorks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，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。3.VxWorks的组成VxWorks操作系统包括了进程管理、存储管理、设

3、备管理、文件系统管理、网络协议及系统应用等几个部分。VxWorks只占用了很小的存储空间，并可高度裁减，保证了系统能以较高的效率运行。VxWorks由以下几个主要部分组成：3.1高性能的实时操作系统核心windVxWorks的核心，被称作wind，包括多任务调度（采用优先级抢占方式），任务间的同步和进程间通信机制以及中断处理，看门狗和内存管理机制。一个多任务环境允许实时应用程序以一套独立任务的方式构筑，每个任务拥有独立的执行线程和它自己的一套系统资源。进程间通信机制使得这些任务的行为同步、协调。3.2 I/O系统VxWorks提供了一个快速灵活的与ANSIC兼容的I/O系统，包括UNIX标准的

4、缓冲I/O和POSIX标准的异步I/O。VxWorks包括以下驱动程序：网络驱动、管道驱动、RAM盘驱动、SCSI驱动、键盘驱动、显示驱动、磁盘驱动、并口驱动等。3.3文件系统VxWorks提供的快速文件系统适合于实时系统应用。它包括几种支持使用块设备（如磁盘）的本地文件系统。这些设备都使用一个标准的接口从而使得文件系统能够被灵活地在设备驱动程序上移植。体系结构甚至还支持在一个单独的VxWorks系统上同时并存几个不同的文件系统。3.4板级支持包BSP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

5、等。每个板级支持包括一个ROM启动或其它启动机制。3.5网络设施VxWorks的网络结构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），SNMP（可选项），远程文件访问（包括客户端和服务端的NFS机制以及使用RSH，FTP或TFTP的非NFS机制）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。3.6先进的系列网络产品VxWorks内的WindNet是先进的、系列的网络产品，这些产品扩展了VxW

6、orks的网络特性并增强了嵌入式处理器的网络特性。3.7虚拟内存（即VxVMI选项）与共享内存（即VxMP选项）VxVMI为带有MMU的目标板提供了虚拟内存机制。VxMP提供了共享信号量，消息队列和在不同处理器之间的共享内存区域。3.8目标代理目标代理遵循WBD协议，允许目标机与主机上的Tornado开发工具相连。Tornado目标服务器向目标代理发送调试请求。调试请求通常决定目标代理对系统中其它任务的控制和处理。缺省状态下，目标服务器与目标代理通过网络进行通信，但是用户也可以改变通信方式。3.9实用库VxWorks提供了一个实用例程的扩展集，包括中断处理、看门狗计时器、消息登录、内存分配、字

7、符扫描、线缓冲和环缓冲管理、链表管理和ANSIC标准。3.10基于目标机的工具在Tornado开发系统中，开发工具是驻留在主机上的。但是也可以根据需要将基于目标机的Shell和装载卸载模块加入VxWorks。4. VxWorks的特点4.1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。4.2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，

8、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 提供的多任务机制中对任务的控制采用了优先级抢占和轮转调度机制，也充分保证了可靠的实时性，使同样的硬件配置能满足更强的实时性要求，为应用的开发留下更大的余地。4.3可裁减性用户在使用操作系统时，并不是操作系统中的每一个部件都要用到。例如图形显示、文件系统以及一些设备驱动在某些嵌入系统中往往并不使用。VxWorks 由一个体积很小的内核及一些可以根据需要进行定制的系统模块组成。VxWorks 内核最小为 8kB，即便加上其它必要模块，所占用的空间也很小，且不失其实时、多任务的系统特征。由于它的高度灵活性，用

9、户可以很容易地对这一操作系统进行定制或作适当开发，来满足自己的实际应用需要。5.与Linux、Windows CE等嵌入式操作系统比较5.1实时性 VxWorks实时性在三种操作系统中是最强的，Linux的实时性需要改进，可用RT-Linux及RTAI等模块弥补。5.2内核大小VxWorks内核最小为8kb，即便加上其他必要模块，所占用的空间也很小，Linux核心也只要有几十kb到500kb左右。而Windows CE在这方面是笨拙的，占用过多的RAM，应用程序庞大。5.3 费用 Linux是免费的，可以从网上下载内核，在价格上极具竞争力，适合中国国情，VxWorks必须购买，且价格不菲。Wi

10、ndows CE也需要支付商家版权费用。5.4 技术支持 Linux有全世界的自由软件开发者提供支持，而VxWorks由开发商一家提供有限的技术支持。WinCE则由各大合作开发商支持。5.5 应用软件移植Linux比较容易，代码开发，有许多应用软件支持，而VxWorks跟WinCE因为许多是封闭系统，所以应用软件移植方面较差。5.6 应用领域 由于Linux内核结构以及功能等原因，嵌入式Linux应用领域非常广泛，特别适于进行信息家电的开发。而VxWorks作为嵌入式实时操作系统，其在通信、国防和工业上应用有着很大的优势。最后的WINCE主要应用在移动式（或便携式）产品和信息家电领域，以及工业

11、控制领域，但应用较少。6.对VxWorks的展望伴随着计算机网络的成熟发展，到二十一世纪，人类进入了所谓后PC时代。在这一阶段，客户终端设备变得更加智能化、数字化，从而更加轻巧便利、易于控制或具有某些特定的功能，而这些需求也正是应用嵌入式技术得以解决。在测控系统中，如军用方面，各种武器控制包括火炮控制、导弹控制、智能炸弹制导及引爆装置等，坦克、舰艇、战机等陆海空各种军用电子装备，雷达、电子对抗军事通信装备，野战指挥作战用各种专用设备等，都可以应用VxWorks作为软件运行平台，以实现高可靠性和强实时性要求。在工业方面，各种智能测量仪表、数控装置、可编程控制器、控制机、分布式控制系统、现场总线仪表及控制系统、工业机器人、机电一体化机械设备、汽车电子设备等等，都是VxWorks适用的应用领域。7.结束语随着计算机技术和自动化测试技术的发展，测控系统正在向通用化、智能化、网络化等方向发展，嵌入式技术将得到越来越多的应用，因此VxWorks作为当前应用最广泛的嵌入式操作系统，以其可靠、实时、灵活的性能、丰富的系统功能、便捷的开发方式，必将得到更加广泛的应用和深远的发展参考文献：1 罗国庆 VxWorks与嵌入式软件开发 2003 2