實(shí)時(shí)嵌入式操作系統VxWorks設備驅動(dòng)程序的設計

摘要：在嵌入式實(shí)時(shí)系統中進(jìn)行軟硬件開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵是編寫(xiě)高效可靠的設備驅動(dòng)程序，而VxWorks下END網(wǎng)口驅動(dòng)程序是設備驅動(dòng)程序中較為復雜的一類(lèi)。首先從整體上分析了VxWorks操作系統的特點(diǎn)與結構，然后介紹了VxWorks中設備驅動(dòng)程序的功能、結構和開(kāi)發(fā)方法，并給出了END網(wǎng)口驅動(dòng)程序的設計實(shí)例。該文時(shí)VxWorks設備驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)者具有參考價(jià)值，通過(guò)本文可以方便的進(jìn)行END驅動(dòng)的配置和使用。
關(guān)鍵詞：實(shí)時(shí)操作系統；板級支持包；設備驅動(dòng)程序；END網(wǎng)口驅動(dòng)

VxWorks是WindRiver公司開(kāi)發(fā)的一種高性能的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(RTOS)，以其優(yōu)良的可靠性、開(kāi)放性、實(shí)時(shí)性和易用性贏(yíng)得了大量的客戶(hù)。VxWorks是目前嵌入式系統領(lǐng)域中使用最廣泛、市場(chǎng)占有率最高的系統，被廣泛地應用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)域中，如衛星通訊、軍事演習、彈道制導、飛機導航等。
在目前多數操作系統中，用戶(hù)必須通過(guò)驅動(dòng)程序才能與設備進(jìn)行交互，正是設備驅動(dòng)程序為其提供了可訪(fǎng)問(wèn)性和可操作性，而設備驅動(dòng)程序本身跟操作系統的相關(guān)性特別密切。本文針對VxWorks操作系統特點(diǎn)，分析設備驅動(dòng)程序的功能、組成和開(kāi)發(fā)過(guò)程，并給出END網(wǎng)口驅動(dòng)程序的一個(gè)設計實(shí)例。

1 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統VxWorks
下面首先圍繞VxWorks的特點(diǎn)和結構這兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行闡述。
1．1 VxWorks的特點(diǎn)
1)可靠性 操作系統的用戶(hù)希望在一個(gè)工作穩定、可以信賴(lài)的環(huán)境中工作，所以操作系統的可靠性是用戶(hù)首先要考慮的問(wèn)題。而穩定、可靠一直是VxWorks的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)。自從對中國的銷(xiāo)售解禁以來(lái)，VxWorks以其良好的可靠性在中國贏(yíng)得了越來(lái)越多的用戶(hù)。
2)實(shí)時(shí)性 實(shí)時(shí)性是指能夠在限定時(shí)間內執行完規定的功能并對外部的異步事件做出響應的能力。實(shí)時(shí)性的強弱是以完成規定功能和做出響應時(shí)間的長(cháng)短來(lái)衡量的。VxWorks的實(shí)時(shí)性非常強，其系統本身的開(kāi)銷(xiāo)很小，進(jìn)程調度、進(jìn)程間通信、中斷處理等系統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)和輪轉調度(Round-Robin Scheduling)機制，也充分保證了可靠的實(shí)時(shí)性，使同樣的硬件配置能滿(mǎn)足更強的實(shí)時(shí)性要求，為應用的開(kāi)發(fā)留下更大的余地。
3)可裁減性 用戶(hù)在使用操作系統時(shí)，并不是操作系統中的每一個(gè)部件都要用到。例如圖形顯示、文件系統以及一些設備驅動(dòng)在某些嵌入式系統中往往并不使用。VxWorks由一個(gè)體積很小的內核及一些可以根據需要進(jìn)行定制的系統模塊組成。VxWorks內核最小為8 kB，即便加上其他必要模塊，所占用的空間也很小，且不失其實(shí)時(shí)、多任務(wù)的系統特征。由于它的高度靈活性，用戶(hù)可以很容易地對這一操作系統進(jìn)行定制或作適當開(kāi)發(fā)，來(lái)滿(mǎn)足自己的實(shí)際應用需要。
1．2 VxWorks系統結構
VxWorks系統結構如圖1所示，可以從6部分來(lái)說(shuō)明。

1)高性能實(shí)時(shí)內核(Wind Kernel) VxWorks的核心，一般稱(chēng)作Wind，Wind使用中斷驅動(dòng)和基于優(yōu)先級的調度方式。負責多任務(wù)調度、任務(wù)間的同步、進(jìn)程間通信機制、中斷處理、看門(mén)狗和內存管理機制。
2)文件系統(File System) VxWorks提供快速文件，它包括幾種支持使用塊設備(如磁盤(pán))的本地文件系統。這些設備都使用一個(gè)標準的接口，從而使得文件系統能夠靈活地在設備驅動(dòng)程序上移植。另外，VxWorks也支持SCSI磁帶設備的本地文件系統。
3)設備驅動(dòng)(Device Drivers) VxWorks系統提供BSP、Network Driver、SCSI Driver構成硬件抽象層。硬件抽象層是一個(gè)介于操作系統和底層硬件之間的軟層次，包括了系統中大部分與硬件相關(guān)的軟件模塊。在功能上包含兩部分：系統初始化及與硬件相關(guān)的設備驅動(dòng)。
4)I／O系統(I／O System) VxWorks提供了一個(gè)快速靈活的與ANSIC兼容的I／O系統，包括UNIX標準的緩沖I／O和POSIX標準的異步I／O 。
5)網(wǎng)絡(luò )堆棧(Network Stack) VxWorks提供了對其他網(wǎng)絡(luò )和TCP／IP網(wǎng)絡(luò )系統的“透明”訪(fǎng)問(wèn)，包括與BSD套接字兼容的編程接口，遠程過(guò)程調用(RPC)，遠程文件訪(fǎng)問(wèn)以及BOOTP和ARP代理。所有的VxWorks網(wǎng)絡(luò )機制都遵循標準的Intemet協(xié)議。
6)板級支持包 BSP(Board Support Package)板級支持包向VxWorks操作系統提供了對各種板子的硬件功能操作的統一的軟件接口，它是保證VxWorks操作系統可移植性的關(guān)鍵，它包括硬件初始化、中斷的產(chǎn)生和處理、硬件時(shí)鐘和計時(shí)器管理、局域和總線(xiàn)內存地址映射、內存分配等等。每個(gè)板級支持包括一個(gè)ROM啟動(dòng)(Boot ROM)或其他啟動(dòng)機制。