2024年-VxWorks基础知识学习课件

VxWorks基础知识及开发流程15/12/2024VxWorks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

25/12/2024

VxWorks是美国WindRiverSystem公司（简称风河公司，即WRS公司）推出的一个实时操作系统。VxWorks35/12/2024

嵌入式操作系统VxWorksWind

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45/12/2024

嵌入式操作系统VxWorkswind

: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ANSIC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。

55/12/2024

嵌入式操作系统VxWorks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ANSIC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-MemoryObject）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（WindDebug）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（TargetServer）向目标代理发送调试请求。

65/12/2024

嵌入式操作系统VxWorks网络支持：它提供了对其它VxWorks系统和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（BootROM）或其它启动机制。75/12/2024

嵌入式操作系统VxWorks

BSP以及映像

介绍85/12/2024BSP(BoradSupportPacket),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VxWorks95/12/2024BSP在单板软件中的地位：BSP硬件vxWorks等操作系统driver

OSS

嵌入式操作系统VxWorks105/12/2024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序。115/12/2024VxWorks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。125/12/2024BSP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135/12/2024BSPs和VxWorks关系145/12/2024BootRom与VxWorks映象

VxWorks借鉴了传统PC操作系统的引导原理，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。155/12/2024Bootrom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（BootStrapPrograms）和ROM引导程序（ROMBootPrograms）。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165/12/2024VxWorks映象类型说明：一、可加载的VxWorks映象

这是一种运行于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。

ROM/FLASHBootStartProgramsROMBootProgramsRAMVxWorksBootProgramsLocal_MEM_Local_ADRSRAM_LOW_ADRSFREE_RAM_ADRSRAM_HIGH_ADRS主机FTPServer可加载VxWorks映象附表175/12/2024VxWorks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

ROM/FLASHBootStartProgramsROM_baseVxWorksimagesRAMVxWorksLocal_MEM_Local_ADRSRAM_LOW_ADRSFREE_RAM_ADRS基于ROM的VxWorks映象附表185/12/2024VxWorks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。

ROM/FLASHBootStartProgramsVxWorksTextRAMVxWorksData+BSSLocal_MEM_Local_ADRSRAM_LOW_ADRSFREE_RAM_ADRS驻留ROM的VxWorks映象VxWorksData+BSS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195/12/2024一个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、driver2、makefile3、OSS205/12/2024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little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）215/12/2024

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225/12/2024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VxWorks235/12/2024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VxWorks245/12/2024BSP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255/12/2024BSP最小系统之外的makefileMakefile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VxWorksimage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。265/12/2024BSP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275/12/2024

嵌入式操作系统VxWorksTornado

简介285/12/2024

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。Tornado295/12/2024

开发环境TornadoVxWorksWDBProtocolDevelopmentHostTarget(Ethernet,serial,netrom,custom)WTX=WindRiverTooleXchangeWDB=WindDeBugApplicationXtextdatabssX.cX.cppX.sMakefileGNUX.oX.outvxWorksCrossWind集成调试器WindShShell工具Browser浏览器其他TornadoToolsWDBAgentTargetServerWTXProtocolHostHost-TargetCommunication305/12/2024

开发环境TornadoTargetServer和

WTX协议：TargetServer运行在Host端，每一个TargetServer连接一个Target。所有的Host工具通过TargetServer与Target集中通讯。TargetServer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TargetServer交互，包括提出请求、获取Target的信息。

TargetAgent和WDB协议：TargetAgent完成TargetServer传来的请求，并返回结果。TargetAgent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。315/12/2024VxWorksTarget以太网RS232HostTornado典型的Tornado开发配置325/12/2024

嵌入式操作系统VxWorks

开发实例之一

如何建立工程335/12/2024开发工具以及资源1.Tornado2.0---

2.22.VxWorks5.4----5.5相关资源//

/

http://www.xs4all.nl/~borkhuis/vxworks/vxworks.html

（VxWorks&TornadoFAQ)/comp.os.vxworks(新闻组)345/12/2024

开发实例…targetallcompsBspnameconfigdrvendsioconfigunsupportedhlibsrc…（vxWorks核心的配置及编译的文件）（通用的配置文件）（Tornado工程管理工具配置的源文件）（单板BSP：代码文件，目标文件及编译文件）（包含所有vxWorks操作系统的头文件及通用编译文件）（由vxWorks为不同平台提供的库文件及目标文件）（vxWorks提供的部分硬件芯片驱动程序的源代码文件）（vxWorks操作系统的一些通用的源代码文件）（vxWorks中一些硬件芯片的通用驱动程序源代码文件）（网口驱动）（串口驱动）(包含一些较古老的硬件BSP代码)Tornado安装目录下Target目录结构355/12/2024面对事业部提供的单板BSP，如何建立Tornado工程环境？365/12/2024建立Tornado工程环境1、BSP可放在任何路径下，与Tornado安装目录无关。注意：BSP目录的命名要和BSP中的makefile中的这条语句TARGET_DIR =BSPname设置的一致才可以。375/12/20242、打开Tornado，建立工程。（根据实际情况可选择建立两种类型的工程）Bootable型工程Downloadable型工程1）是将VxWorks操作系统和自己的应用程序结合在一起

1）是纯粹的应用程序，不包含有操作系统分量

2）基于单板BSP才可建立工程2）建立工程时，不需要单板BSP；要选择主机编译工具toolchain,例如ppce630gun。4）调试方法：先编译生成BootRom；单板上运行BootRom的烧结程序，通过FTP将Tornado编译的可加载VxWorks映象下载到单板，也可将应用函数的.o文件分别下载进行调试。3）应用程序的入口函数名添加在usrAppInit.c文件的usrAppInit(void)函数中

3）调试方法：先建立bootable工程，生成基于ROM的VxWorks映象；单板上运行该映象的烧结程序，将应用函数的.out文件分别下载调试；模块调试完成后，将其中的主口函数在bootableproject中的usrAppInit(void)调用。

建立Tornado工程环境385/12/20243、在工程中新建和添加文件新建：选择“file->new”或ctrl+N,添加：project->Add/Include->file

说明：如果建立bootable工程，工程建立后中会自动生成usrAppInit.c文件，应用程序和工程文件的连接是通过将应用程序的入口函数加入到usrAppInit.c中的usrAppInit（）函数来实现的。voidusrAppInit(void){#ifdef USER_APPL_INIT USER_APPL_INIT;/*forbackwardscompatibility*/#endif main();/*addapplicationspecificcodehere*/}建立Tornado工程环境395/12/20244、例1：Bootable工程环境Tornado自动生成makefile文件，并自动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405/12/20244、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415/12/20245、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。425/12/2024

嵌入式操作系统VxWorks

开发实例之二

如何制作boot435/12/2024一、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：calltorvarsmakecleanmakebootrom.hexelftobin<bootrom>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remCommandlinebuildenvironmentssetWIND_HOST_TYPE=x86-win32setWIND_BASE=d:\TornadosetPATH=%WIND_BASE%\host\%WIND_HOST_TYPE%\bin;%PATH%torvars.bat文件可在Tornado的安装目录Tornado\host\x86-win32\bin中获得。

制作BOOT445/12/2024方法二：Tornado的bootrom生成工具Step1:BSP必须放在..\Tornado\target\config路径下

Step2:在Tornado开发环境中，通过在主窗口点击Build|BuildBootROM制作BOOT455/12/2024二、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（BootStrapPrograms）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VxWorks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BOOT465/12/2024BSP中config.h文件中这条定义缺省的BOOT引导参数的语句：#defineDEFAULT_BOOT_LINE\"motfcc(0,0)qzch:vxWorksh=92e=u=targetpw=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=

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BOOT475/12/2024

嵌入式操作系统VxWorks

开发实例之三

如何调试485/12/20241、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一栏选择该用户名Step4:在HomeDirectory一栏填入要下载的VxWorks映象的绝对路径。Step5:点击“Done”

调试程序495/12/20242、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TargetServer.Step2:设置Description域（可以任意设置）

Step3:设置TargetServer域（可以任意设置）；

Step4:在TargetServerProperty域选取BackEnd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wdbserial，选择主机相应的串口和波特率

调试程序Step1:菜单选项“tools->targetserver->configure”505/12/2024Step5:在ChangeProperty域选取CoreFileandSymbols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TargetServer.515/12/20244、下载文件Bootlable工程

下载的方法：1）“project->download” 2)快捷工具，

下载的文件: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525/12/20245、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。Breakatentrypo

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535/12/2024BSP的config.h文件定义缺省的BOOT引导参数（格式）

#defineDEFAULT_BOOT_LINE\"$dev(0,procnum)host:dir\\fileh=#e=#b=#g=#u=usrpw=passwdf=#tn=targetnames=scripto=other"

$dev--bootdevice,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--启动描述字符串，用户可不定义

o--从SCSI启动时指明网络接口

依据不同的启动设备类型，其中某些项可无。

附表545/12/2024BSP的makefile中的主要宏定义CPU=PPCEC603TOOL=gnuTARGET_DIR=HCOM_BSPTGT_DIR=$(WIND_BASE)/targetROM_TEXT_ADRS=fff00000ROM_SIZE=00080000RAM_HIGH_ADRS=00800000RAM_LOW_ADRS=00010000单板CPU类型编译工具用它来指定bspname指定target目录用于生成romResident文件时指定入口地址加载VxWorks的目标地址

ROM引导程序代码段的起始位置，或驻留ROM引导程序数据段的起始位置

.ROM的空间范围（512k）附表555/12/2024说明：附表用Downloadable工程方式来调试应用程序，也需要同时建立一个对应的Bootlable工程Bootlable工程以便生成目标板上所谓的BOOT程序，即基于ROM的VxWorks映象的HEX文件Bootlable工程可提供配置Targetserver所需要的与目标板上运行相同的VxWorks映象文件。565/12/2024

嵌入式操作系统VxWorks

映像启动流程575/12/2024附表起始引导程序和ROM引导程序

起始引导程序（BootStrapPrograms）起始引导程序驻留在ROM中，主要包含：1）汇编级的硬件初始化程序romInit.s，用于系统的基本初始化，设置一些重要寄存器的初始值，进行存储器的映射2）搬移程序bootInit.c，将ROM引导程序拷贝至RAM的高端地址RAM_HIGH_ADRS，然后跳转到此处执行ROM引导程序。

ROM引导程序（ROMBootPrograms）

ROM引导程序起初存放在ROM中，初始化时被拷贝到RAM中，主要用于系统的进一步初始化，并配置加载方式，将VxWorks映象加载至RAM。

585/12/2024附表例：程序架构（任务与消息）开发实例之一595/12/2024附表Bootrom执行流程romInit.s:romInit

设置机器状态字及其它硬件相关寄存器，关闭中断，禁止程序和数据CACHE，初始化内存，并设置堆栈指针bootIni