VxWorks基础知识

1、.,VxWorks基础知识及开发流程,.,VxWorks介绍 关于BSP以及映像 Tornado介绍 开发实例之一 开发实例之二 开发实例之三 映像启动流程,课程大纲,.,VxWorks 是美国 Wind River System 公司（ 简称风河 公司 ，即 WRS 公司）推出的一个实时操作系统。,VxWorks,.,嵌入式操作系统VxWorks,Wind 内核,多任务处理,虚拟内存,操作系统模块,I/O子系统,网络子系统,目标开发工具,VxWorks基本体系结构,.,嵌入式操作系统VxWorks,wind :VxWorks 的核心，被称作 wind，包括多任务调度（采用优先级抢占方式），任

2、务间的同步和进程间通信机制，以及中断处理，看门狗定时器和内存管理机制。,I/O 系统 :VxWorks 提供了一个快速灵活的与 ANSI C 兼容的 I/O 系统，包括 UNIX 标准的缓冲 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。,文件系统 :支持四种文件系统： dosFs，rt11Fs，rawFs 和 tapeFs 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。,.,嵌入式操作系统VxWorks,实用库:VxWorks 提供了一个实用例程的扩展

3、集，包括中断处理、看门狗定时器、消息登录、 内存分配、字符扫描、线缓冲和环缓冲管理、链表管理和 ANSI C 标准。,虚拟内存 :VxVMI 为带有 MMU 的目标板提供了虚拟内存机制。VxMP（Share-Memory Object） 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，用于不同CPU的通讯与同步。,WBD协议：目标代理遵循 WBD（Wind Debug）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（Target Server）向目标代理发送调试请求。,.,嵌入式操作系统VxWorks,网络支持：它提供了对其它VxWorks系

4、统和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 和代理ARP、DHCP、DNS、OSPF、RIP。,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。,板级支持包 BSP :板级支持包向VxWorks操作系统提供了对各种板子的硬件功能操作的统一的软件接口，它是保证VxWorks操作系统可移植性的关键，它包括硬

5、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 ROM 启动（Boot ROM）或其它启动机制。,.,嵌入式操作系统VxWorks,BSP 以及映像 介绍,.,BSP(Borad Support Packet),板级支持包对单板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、内存地址映射、内存分配等等。每个板级支持包括一个 ROM 启动（Boot ROM）或其它启动机制。,嵌入式操作系统VxWorks,.,BSP在单板软件中的地位：,BSP,硬件,vxWorks等操作系统,driver,O

6、SS,嵌入式操作系统VxWorks,.,最小BSP的定义,广义上讲，单板中所有控制CPU系统硬件的程序，都属于单板的BSP，但为了调试方便和软件的模块化，通常将与单板最小系统相关的程序简称为BSP，而将其他程序称为驱动程序。 对于嵌入式系统来说，所谓最小系统就是一个包含CPU, Bootrom, RAM,系统时钟，网口，串口的计算机运行环境。其中之所以包含串口和网口，主要是因为系统调试的需要，通常网口用于软件调试，而串口用于通过计算机的超级终端来显示单板程序运行结果信息。系统时钟是一个多任务OS所必须的资源。因此最小系统BSP就包含了CPU系统的初始化程序以及网口，串口，系统时钟等设备的驱动程

7、序。,.,VxWorks系统中的BSP,针对某类CPU的硬件单板，vxWorks通常提供有其DEMO板的BSP,也就是我们所说的最小系统BSP。一般来说，我们在硬件系统设计好之后，都会先找到一个与自己系统相近的DEMO板BSP,并以此为基础,开发自己单板的BSP。 VxWorks为了最大限度的支持不同的硬件环境，也提供了一些常用硬件芯片的驱动程序，它们通常是与具体CPU无关的设备，如一些PCI网口芯片，串口芯片等。这些驱动程序大多实现为CPU无关或很容易移植，可以方便的用于其他CPU平台。这也是开发驱动程序所应该遵循的原理。另外，我们的最小系统BSP,往往在默认情况下，使用这些驱动程序。,.,

8、BSP位于硬件平台与操作系统之间，类似普通操作系统的BIOS,用于对上层软件屏蔽各种硬件相关性。 给VxWorks提供硬件环境接口。 BSP 主要负责: 硬件上电初始化. 支持 VxWorks访问硬件驱动. 把硬件相关和无关的软件很好地结合到VxWorks。 BSP不是硬件驱动程序 : 是一种访问硬件的硬件驱动程序 硬件驱动分为通用和BSP有关两类。 通用驱动管理可在目标环境间移动的设备 (如以太网芯片). BSP 驱动管理特定目标环境的设备 (如中断控制器）。,BSP功能,.,BSPs 和VxWorks关系,.,BootRom与VxWorks映象,VxWorks借鉴了传统PC操作系统的引导原

9、理，其将整个引导过程分为两个阶段： BOOTROM启动 通过BOOTROM加载VxWorks映象 BOOTROM相当于PC机中的BIOS，它完成对加载过程中所需设备的初始化及驱动；然后通过某种可选择的通讯手段（如网口，串口），将VxWorks内核映象到内存中，并执行。此处的VxWorks映象就相当于我们在PC机上装的操作系统，如DOS,Windows。 BOOTROM和VxWorks使用不同方法来编译生成。,.,Bootrom类型说明：,用于可加载VxWorks映象的Bootrom包含两部分：起始引导程序（BootStrap Programs）和ROM引导程序（ROM Boot Program

10、s）。 起始引导程序驻留在ROM中 , ROM引导程序起初存放在ROM中，初始化时被拷贝到RAM中,bootrom_uncmp.hex(未压缩的BOOTROM)： 未压缩的ROM引导程序，可直接拷贝，在RAM中执行,bootrom.hex(压缩的BOOTROM)：压缩的ROM引导程序，在拷贝的过程中需要解压缩，在RAM中执行,bootrom_res.hex（驻留的BOOTROM）：驻留ROM的ROM引导程序，仅拷贝ROM引导程序的数据段，代码段仍旧在ROM中执行,没有.HEX后缀的同名文件是其ELF格式的映象文件,附表,.,VxWorks映象类型说明：,一、可加载的VxWorks映象 这是一种

11、运行于RAM的VxWorks映象。不包含搬移程序，需借助外部程序如bootRom才能加载到RAM。通过Ftp协议从主机加载到目标机中 。,附表,.,VxWorks映象类型说明：,二、基于ROM的VxWorks映象 这是一种运行于RAM，但起初存放于ROM中的VxWorks映象。即该映象需要和搬移程序一起固化在BOOT中。该映象可分为:压缩的和未压缩的,附表,.,VxWorks映象类型说明：,三、驻留ROM的VxWorks映象 和搬移程序一起固化在BOOT中，仅将VxWorks映象的数据段和BSS段拷贝到RAM中，映象的代码段仍旧留在ROM中，从ROM中开始执行 。该映象可分为:压缩的和未压缩的

12、 。,映象从文件的组织形式上可分为： Text段:存放的是可执行的代码。 Data段:存放的是已经初始化的全局变量或静态变量； BSS段:存放的是未初始化的全局变量或静态变量,附表,.,一个BSP最小系统需要知道的知识： 1. CPU所采用的endian模式 2.时钟配置 3.串口 4.网口部分,嵌入式操作系统VxWorks,一个BSP最小系统以外需要知道的知识 1、driver 2、makefile 3、OSS,.,最小BSP的endian模式,一般而言，我们是endian有两种模式：big和little。 对big模式，以32bits中4个字节存放而言，低有效字节放在高地址处 对littl

13、e模式，以32bits中4个字节存放而言，高有效字节放在高地址处 在写BSP中，特别是对字节的操作，需要注意这个问题 在risc处理器中，endian模式的影响，一般是在加载和存储指令中。所以，在系统内存，还是按照正常的顺序来操作（little）,.,最小BSP系统的时钟配置,一般而言，对CPU内核时钟部分部分不需要配置，我们需要改变的是外设的时钟,.,最小BSP系统的串口,一般而言，从程序调试来看，可以不用仿真器来调试。在汇编最开始的地方，就将串口初始化好，通过从串口打印字符。这种方式是最好。,嵌入式操作系统VxWorks,.,最小BSP系统的网口,该部分所要做的，也就是需要配置 1.连接中

14、断 2.在sysEnd.c文件的sysLanPciInit（）文件中配置END_TBL_ENTRY结构类型的变量endDevTbl。,嵌入式操作系统VxWorks,.,BSP最小系统之外的DRIVER,对驱动而言，所做的也就是在厂家提供的驱动基础上修改。 现在驱动的编写，虽然都是C语言编写，但是采用面向对象的编程思想。将对象在编程语言中组织成一个个的数据结构，然后对数据结构进行操作,.,BSP最小系统之外的makefile,Makefile完成了对程序的编译控制功能，通过调用cc和ld，最终生成一个可以执行的应用程序 对makefile的使用，需要掌握两点： 1.掌握makefile文件编写的

15、基本规则 2.熟悉在Torndao环境下，也就是在Tornado安装目录/target/h/make 该目录下所有文件的了解 3.BSP 相关的子makefiles放在 ./h/make目录。 rules.bsp 包括创建各种 VxWorks image 文件的规则，也用于创建VxWorks 目标模块的规则。. defs.bsp 定义编译和连接过程中的BSP控制宏。 ./h/make目录下其他子makefiles控制主机和体系结构相关的创建参数。,.,BSP最小系统之外的OSS,该部分在vxworks层之上，向应用软件屏蔽了vxworks的API函数接口和vxworks的功能。 在实现形式有两

16、种： 1.直接对vxworks的API函数进行封装 2.在vxworks上的基础上实现操作系统的实现的功能 OSS实现几个基本功能： 1.进程的调度 2.时间片的管理 3.内存管理软件模块 4.文件系统软件模块 5.异常和系统监测,.,嵌入式操作系统VxWorks,Tornado 简介,.,Tornado 是WRS 公司推出的一套实时操作系统开发环境，提供了丰富的调试、仿真环境和工具。,Tornado,.,开发环境 Tornado,VxWorks,WDB Protocol,Development Host,Target,(Ethernet, serial, netrom, custom),WT

17、X = Wind River Tool eXchange WDB = Wind DeBug,Application,X text data bss,CrossWind 集成调试器,WindSh Shell 工具,Browser 浏览器,其他,Tornado Tools,WTX Protocol,Host,Host-Target Communication,.,开发环境 Tornado,Target Server 和 WTX协议 ：Target Server运行在Host端，每一个Target Server连接一个Target。所有的Host 工具通过Target Server与Target 集

18、中通讯。Target Server管理着Host-Target通讯的细节，从而简化了Host工具。Host 工具通过WTX协议与Target Server交互，包括提出请求、获取Target的信息。,Target Agent和WDB协议 ：Target Agent完成Target Server传来的请求，并返回结果。Target Agent中包含一个压缩版的UDP/IP用于支持RPC消息协议，即WDB协议。WDB协议包含了内存处理、断点/事件通知服务、虚拟I/O支持及任务控制。,.,VxWorks,Target,以太网,RS232,Host,典型的Tornado开发配置,.,嵌入式操作系统Vx

19、Works,开发实例之一 如何建立工程,.,开发工具以及资源,1.Tornado 2.0-2.2,2.VxWorks 5.4-5.5,相关资源 / http:/www.xs4all.nl/borkhuis/vxworks/vxworks.html （VxWorks /* for backwards compatibility */ #endif main(); /* add application specific code here */ ,建立Tornado工程环境,.,4、例1：Bootable工程环境,Tornado自动生成makefile文件，并自动

20、修改更新,应用程序的入口函数添加在工程自动生成的usrAppinit.c文件中的usrAppInit(),建立Tornado工程环境,.,4、例2：Downloadable工程环境,Tornado自动生成makefile文件，并自动修改更新,建立Tornado工程环境,.,5、源文件添加完毕后，点击菜单“build-build”,即可实现工程的编译。,Bootable 工程：,在工程目录下自动增添“default”目录，内有编译生成的各源文件的.O文件以及VxWorks 的映象文件。,Downloadable 工程：,在工程目录下自动增添“PPC603gun”(该目录的名称取决于建工程时选择的

21、toolchain的名称)目录，内有编译生成的各源文件的.O文件以及该工程的.out文件。,建立Tornado工程环境,小结：无论采用哪种工程类型，其调试思路都是一致的，首先要生成单板上运行的烧结程序（bootrom或VxWorks映象），VxWorks映象要在RAM中运行（下载方式或烧结方式），下载要调试的.o或.out文件。,.,嵌入式操作系统VxWorks,开发实例之二 如何制作boot,.,一、Bootable工程：可加载VxWorks映象的BootRom,方法一：DOS环境下命令行编译方式 运行批处理文件： call torvars make clean make bootrom.h

22、ex elftobin hcom.bin,其中： torvars是环境变量的批处理，定义了makefile文件需要的环境变量 rem Command line build environments set WIND_HOST_TYPE=x86-win32 set WIND_BASE=d:Tornado set PATH=%WIND_BASE%host%WIND_HOST_TYPE%bin;%PATH%,torvars.bat文件可在Tornado的安装目录Tornadohostx86-win32bin中获得。,制作BOOT,.,方法二：Tornado 的bootrom生成工具,Step1: B

23、SP 必须放在.Tornadotargetconfig路径下 Step2:在Tornado开发环境中，通过在主窗口点击Build|Build Boot ROM,制作BOOT,.,二、downloadable工程：基于ROM的VxWorks映象,说明：这里的所说的Boot不是通常所说的引导BOOT，而是一种基于ROM的VxWorka映象。包括：起始引导程序（BootStrap Programs）和VxWorks映象。,生成方法： 建立Bootable工程，在Tornado工作台的Build窗口中，选择VxWorks映象Rules属性页中的VxWorks_rom，编译即可生成基于ROM的未压缩的V

24、xWorks 映象的HEX文件，或选中VxWorks_romCompress即可编译生成基于ROM的压缩的VxWorks 映象的HEX文件。,制作BOOT,.,BSP中config.h文件中这条定义缺省的BOOT引导参数的语句 ： #define DEFAULT_BOOT_LINE motfcc(0,0)qzch:vxWorks h=92 e= u=target pw=target,motfcc (0,0) : FCC口启动,qzch: 主机名,VxWorks: 从主机加载的VxWorks文件,h=92 主机的IP地址,e=19

25、 目标机的IP地址,u=xxx 用户名，pw=xxx 密码: 若通过网络加载调试时,主机的Ftp服务器和目标机的用户名和密码必须相同,制作BOOT注意,DEFAULT_BOOT_LINE： 默认的每次系统启动时的参数,制作BOOT,.,嵌入式操作系统VxWorks,开发实例之三 如何调试,.,1、打开设置FTP服务器（如果是Downloadable工程，此步骤不用做）,Step1:选择“Security-Users/rights”，弹出对话框。,Step2:创建新的用户名和密码，注意要和config.h中的一致。,Step3:用户名创建完毕后，在UserName 一栏选择该用

26、户名,Step4:在Home Directory 一栏填入要下载的VxWorks映象的绝对路径。,Step5:点击“Done”,调试程序,.,2、单板上电，VxWorks映象会自动从FTP服务器下载到单板RAM上。,3、打开Tornado,配置Target Server .,Step2:设置Description域（可以任意设置）,Step3:设置Target Server域（可以任意设置）；,Step4:在Target Server Property域选取Back End项 ,如果使用网口调试，选择wdbrpc，在目标IP名或地址域中给出目标机的IP名 ;如果用串口调试，选择wdbseria

27、l，选择主机相应的串口和波特率,调试程序,Step1:菜单选项“tools-target server-configure ”,.,Step5:在Change Property域选取Core File and Symbols项，选中File项输入相应的文件，同目标机上运行的内核要一致。即bootable工程目录中“default”目录下的VxWorks的映象文件。,Step6:点击Launch，运行目标服务器,调试程序,3、打开Tornado,配置Target Server .,.,4、下载文件,Bootlable 工程,下载的方法：1）“project-download” 2)快捷工具，,下

28、载的文件:,Default调试目录下各源文件的. O文件,downloadlable 工程,调试目录（例“PPC603gun”）下工程的.out文件或各源文件的.o文件,调试程序,.,5、调试程序,启动debugger：1）“Tool-Debugger ” 2)快捷工具，,调试函数入口：“Debugger-Run”或F6, 弹出,Task一栏填入要调试的函数名。 Arguments中填入要调试函数的入口参数。 Break at entry po 复选框选中时，程序会自动在调试程序的第一条语句的地方,调试程序,.,BSP的config.h文件,定义缺省的BOOT引导参数（格式）,#define

29、DEFAULT_BOOT_LINE $dev(0,procnum)host:dirfile h=# e=# b=# g=# u=usr pw=passwd f=# tn=targetname s=script o=other,$dev - boot device,启动的设备类型，必须是已包含的设备。 procnum - 处理器序号，一般从零开始。 host - 主机名 dir:file - 被加载的VxWorks文件所在的完整路径 h - 主机IP e - 目标板IP b - 背板IP，用户可不定义 g - 网关，用户可不定义 u - 用户名 pw - 登录口令 f - 定义网络加载方式。无此项时缺省值为零，为FTP tn - 目标板名 s -