《電子技術(shù)應(yīng)用》
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工控機嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks概述
摘要: 良好的持續(xù)發(fā)展能力、高性能的內(nèi)核以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境,在嵌入式實時操作系統(tǒng)領(lǐng)域占據(jù)一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實時性要求極高的領(lǐng)域中,如衛(wèi)星通訊、軍事演習。
Abstract:
Key words :

      VxWorks操作系統(tǒng)是美國WindRiver公司于1983年設(shè)計開發(fā)的一種嵌入式實時操作系統(tǒng)(RTOS),是嵌入式開發(fā)環(huán)境的關(guān)鍵組成部分。良好的持續(xù)發(fā)展能力、高性能的內(nèi)核以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境,在嵌入式實時操作系統(tǒng)領(lǐng)域占據(jù)一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實時性要求極高的領(lǐng)域中,如衛(wèi)星通訊、軍事演習、彈道制導、飛機導航等。在美國的 F-16、FA-18 戰(zhàn)斗機、B-2 隱形轟炸機和愛國者導彈上,甚至連1997年4月在火星表面登陸的火星探測器上也使用到了VxWorks。

      實時操作系統(tǒng)和分時操作系統(tǒng)的區(qū)別

      從操作系統(tǒng)能否滿足實時性要求來區(qū)分,可把操作系統(tǒng)分成分時操作系統(tǒng)和實時操作系統(tǒng)。分時操作系統(tǒng)按照相等的時間片調(diào)度進程輪流運行,分時操作系統(tǒng)由調(diào)度程序自動計算進程的優(yōu)先級,而不是由用戶控制進程的優(yōu)先級。這樣的系統(tǒng)無法實時響應(yīng)外部異步事件。實時操作系統(tǒng)能夠在限定的時間內(nèi)執(zhí)行完所規(guī)定的功能,并能在限定的時間內(nèi)對外部的異步事件作出響應(yīng)。 分時系統(tǒng)主要應(yīng)用于科學計算和一般實時性要求不高的場合。實時性系統(tǒng)主要應(yīng)用于過程控制、數(shù)據(jù)采集、通信、多媒體信息處理等對時間敏感的場合。

      VxWorks的特點 :

      可靠性

      操作系統(tǒng)的用戶希望在一個工作穩(wěn)定,可以信賴的環(huán)境中工作,所以操作系統(tǒng)的可靠性是用戶首先要考慮的問題。而穩(wěn)定、可靠一直是VxWorks的一個突出優(yōu)點。自從對中國的銷售解禁以來,VxWorks以其良好的可靠性在中國贏得了越來越多的用戶。

      實時性

   實時性是指能夠在限定時間內(nèi)執(zhí)行完規(guī)定的功能并對外部的異步事件作出響應(yīng)的能力。實時性的強弱是以完成規(guī)定功能和作出響應(yīng)時間的長短來衡量的。VxWorks 的實時性做得非常好,其系統(tǒng)本身的開銷很小,進程調(diào)度、進程間通信、中斷處理等系統(tǒng)公用程序精練而有效,它們造成的延遲很短。VxWorks 提供的多任務(wù)機制中對任務(wù)的控制采用了優(yōu)先級搶占(Preemptive Priority Scheduling)和輪轉(zhuǎn)調(diào)度(Round-Robin Scheduling)機制,也充分保證了可靠的實時性,使同樣的硬件配置能滿足更強的實時性要求,為應(yīng)用的開發(fā)留下更大的余地。

      可裁減性
 
      用戶在使用操作系統(tǒng)時,并不是操作系統(tǒng)中的每一個部件都要用到。例如圖形顯示、文件系統(tǒng)以及一些設(shè)備驅(qū)動在某些嵌入系統(tǒng)中往往并不使用。 VxWorks 由一個體積很小的內(nèi)核及一些可以根據(jù)需要進行定制的系統(tǒng)模塊組成。VxWorks 內(nèi)核最小為 8kB,即便加上其它必要模塊,所占用的空間也很小,且不失其實時、多任務(wù)的系統(tǒng)特征。由于它的高度靈活性,用戶可以很容易地對這一操作系統(tǒng)進行定制或作適當開發(fā),來滿足自己的實際應(yīng)用需要。
 
      對一個實時內(nèi)核的要求

      一個實時操作系統(tǒng)內(nèi)核需滿足許多特定的實時環(huán)境所提出的基本要求,這些包括:

      多任務(wù):由于真實世界的事件的異步性,能夠運行許多并發(fā)進程或任務(wù)是很重要的。多任務(wù)提供了一個較好的對真實世界的匹配,因為它允許對應(yīng)于許多外部事件的多線程執(zhí)行。系統(tǒng)內(nèi)核分配CPU給這些任務(wù)來獲得并發(fā)性。

     搶占調(diào)度:真實世界的事件具有繼承的優(yōu)先級,在分配CPU的時候要注意到這些優(yōu)先級?;趦?yōu)先級的搶占調(diào)度,任務(wù)都被指定了優(yōu)先級,在能夠執(zhí)行的任務(wù)(沒有被掛起或正在等待資源)中,優(yōu)先級最高的任務(wù)被分配CPU資源。換句話說,當一個高優(yōu)先級的任務(wù)變?yōu)榭蓤?zhí)行態(tài),它會立即搶占當前正在運行的較低優(yōu)先級的任務(wù)。

      任務(wù)間的通訊與同步:在一個實時系統(tǒng)中,可能有許多任務(wù)作為一個應(yīng)用的一部分執(zhí)行。系統(tǒng)必須提供這些任務(wù)間的快速且功能強大的通信機制。內(nèi)核也要提供為了有效地共享不可搶占的資源或臨界區(qū)所需的同步機制。 任務(wù)與中斷之間的通信:盡管真實世界的事件通常作為中斷方式到來,但為了提供有效的排隊、優(yōu)先化和減少中斷延時,我們通常希望在任務(wù)級處理相應(yīng)的工作。所以需要雜任務(wù)級和中斷級之間存在通信。
 

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