VxWorks63编程调试要点.docx

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VxWorks63编程调试要点

杭州ECI通讯

文档编号

产品版本

密级

V1.0

公开

产品名称：

VxWorks6.3编程调试要点

共页

VxWorks6.3编程调试要点

（仅供内部使用）

文档作者：

周礼兵日期：

2007-03-05

开发/测试经理：

_______________日期：

___/___/___

项目经理：

_______________日期：

___/___/___

版权所有不得复制

VxWorks6.3编程调试要点

关键词:

内核态、用户态、消息、信号、信号量、管道、任务、线程

缩略语说明：

RTP（real-timeprocess）、POSIX（PortableOperatingSystemUNIX）、MMU（MemoryManagementUnit）

1系统特点

VxWorks6.3除了兼容以前低版本（如：

VxWorks5.5）内核外，增加一些其它的功能。

其中最明显的是引入了用户态的应用程序及POSIX的一些特性功能（如线程、线程调度、互斥锁、信号量、消息等），这样就有内核态和用户态之分。

内核模块是运行在内核态的，应用程序是运行在用户态的。

这里所指的应用程序就是VxWorksRTPs（real-timeprocesses），与Unix、Linux的应用程序有相似性，它在用户态下运行，当被加载到内存运行时，每个RTP都会被分配不同的虚拟的地址空间，包括代码段、数据段、及堆栈等。

当启用MMU时，各应用程序之间及与内核之间是不能随意互相访问的（注：

如果是simulate内核的调试的话，MMU组件是不支持区分超级用户和普通用户的，应用程序可以访问内核的内存空间，这样子的话，内核的任务有可能被应用程序的任务破坏），如果需要进行数据传递，则可通过消息、管道、信号、共享内存、SOCKET等。

应用程序还可通过系统调用来提升操作权限，如操作内核或配置硬件资源等。

应用程序间可以动态的调用共享库的函数来执行，但要注意共享库的函数可重入性。

引用POSIX的一些特性功能主要为了方面从POSIX中移植程序及增强系统功能。

2编程调试

本文的大部分调试过程是通过windriverworkbench2.5开发环境进行的，该环境与以前的Tornado5.5虽然有一定的差别，但基本原理是相似的。

具体应用可以参考文档《wr_workbench_vxworks_users_guide_2.5.pdf》。

2.1应用程序的运行

2.1.1Shell下运行

Ø使用C解析器：

如：

rtpSp"host:

c:

/myInstallDir/vxworks-6.1/target/usr/root/PPC32diab/bin/myVxApp.vxefirstsecondthird"对应的可以用kill（）或者rtpDelete（）来终止运行。

提示符：

->一般为C解析器

可用shConfig"INTERPRETER=Cmd"来切换到command解析器下

Ø使用shellcommand解析器：

如：

rtpexechost:

c:

/myInstallDir/vxworks-6.1/target/usr/root/PPC32diab/bin/myVxApp.vxefirstsecondthird对应的可以用rtpdelete、kill、rtpdshell命令来终止运行，如果运行在前台的话，还可用CTRL+C来终止运行。

（后台运行可在rtpexec命令后或应用程序名后加&）。

如：

rtpexechost:

c:

/myInstallDir/vxworks-6.1/target/usr/root/PPC32diab/bin/myVxApp.vxefirstsecondthird&

提示符：

[vxWorks]#一般为C解析器

可用setconfigINTERPRETER=C来切换到C解析器下

2.1.2自启动运行

Ø通过脚本运行，需在RTPStartupFacility定义

如：

在NAME为RTP_APPL_CMD_SCRIPT_FILE的Value栏里加入"/romfs/VxScript"

（目的是为了执行romfs里的脚本VxScript）

VxScript脚本内容示意：

rtpSp"/romfs/RtpTest1.vxe"

rtpSp"/romfs/RtpTest2.vxe"

Ø通过字符串解析运行，需在RTPStartupFacility定义

如：

在NAME为RTP_APPL_INIT_STRING的Value栏里加入"#/romfs/RtpTest1.vxe#/romfs/RtpTest2.vxe"（目的是为了执行romfs里的应用程序RtpTest1.vxe及RTPTest2.vxe#号为多个应用程序的分隔符）

2.1.3通过workbench运行

可以通过workbench连接到目标板上，然后选中已编译好的vxe文件点击右键选择RunRTPonTarget就s可以运行了。

2.2内核模块的运行

与VxWorks5.5类似。

2.3ROMFS

VxWorks的一种只读文件系统，一般是用作把应用程序、脚本文件、共享库等打包在ROMFS里并连同内核一起编译成VxWorksImage文件。

当内核运行时，通过devs命令看到设备描述符/romfs。

可以通过read或fread来读取内容。

创建ROMFS可以通过workbench来创建，把ROMFS工程当作是内核Image工程的子工程。

也可通过命令行手动配置，如：

1）cdc:

\myInstallDir\vxworks-6.1\target\proj\wrSbc8260_diab

2）mkdirromfs

3）copyc:

\allMyVxApps\myVxApp.vxeromfs

4）makeTOOL=diab

如果不想在内核工程目录下创建romfs目录，可以在其它地方创建，但在make内核时，必须指明romfs的目录，如：

makeTOOL=diabROMFS_DIR="c:

\allMyVxApps"

2.4应用程序的系统调用

VxWorks6.3的内核态和用户态有不同的指令集及MMU设置，应用程序是运行在用户态的。

只要MMU打开的时候，它是不能直接调用系统函数或数据结构。

为了解决这种情况，系统调用可以为应用程序提供一种优先级比较高的操作，如操作内核或配置硬件资源等。

所有可用的系统调用函数（包括自定义的系统调用函数）都可以通过syscall.h来查询。

2.4.1系统调用的一些约束

1）可自定义的组号为2到7，每一系统调用组最多可有64个函数

2）函数参数最多只支持8个32位的参数（32位体系结构的CPU），如果是64位的参数则需要按两个32参数来计算，不支持浮点或中断向量类型的参数，如果多于8个参数则需通过结构来定义参数。

3）函数返回值为32位（32位体系结构的CPU），如果是64位的话则需通过get64BitValue来获取。

4）系统调用处理函数的命名必须和系统调用函数命名一致，然后追加Sc，例如系统调用函数名为user0SysCallFunc0，则系统调用处理函数必须命名为user0SysCallFunc0Sc

5）系统调用处理函数的参数只能为一个指向某种结构类型的指针，必须把系统函数的所有参数定义成结构，且结构命名为系统调用处理函数名+Args，如：

structuser0SysCallFunc0Sc

{

inta；

intb；

char*c;

……

}

6）建议在系统调用处理函数中使用scMemValidate函数来验证应用程序传递过来参数的可访问性，如指针所指向的内容是否可访问。

2.4.2静态的增加系统调用函数

1）增加系统调用组

在文件syscallUsrNum.def（在目录VxWorks6.3\share\h里，如果没有则需要在此目录新建一个）里增加，内容示意如下：

SYSCALL_GROUPSCG_USER02INCLUDE_USER_SYSCALL

0user0SysCallFunc0

1user0SysCallFunc1

2user0SysCallFunc2

解释：

第一行SYSCALL_GROUP指明是系统调用，SCG_USER0为组名（标红色的地方可以自己命名），2为组号（只有2-7可用），INCLUDE_USER_SYSCALL为组件定义，如果没有定义则该组的所有函数都不会被包含。

第二到第四行为函数号及函数名称定义

2）增加系统调用函数定义

user0SysCallFunc03[inta;intb;char*c;]

user0SysCallFunc13[inta;intb;char*c;]

user0SysCallFunc23[inta;intb;char*c;]

解释：

user0SysCallFunc0为函数名，3为参数个数，[inta;intb;char*c;]为参数形式

3）增加系统调用处理函数

intuser0SysCallFunc0Sc（structuser0SysCallFunc0ScArgs*pArgs）

{

……

returnOK;

}

intuser0SysCallFunc1Sc（structuser0SysCallFunc1ScArgs*pArgs）

{

……

returnOK;

}

intuser0SysCallFunc2Sc（structuser0SysCallFunc2ScArgs*pArgs）

{

……

returnOK;

}

4）重编译内核代码和用户态代码

到目录：

installDir/vxworks-6.x/target/src及installDir/vxworks-6.x/target/usr/src执行：

makeCPU=cpuTypeTOOL=toolType

5）在应用程序运行，示意如下

syscall（12345678,78654321,（int）&c,0,0,0,0,0,SCN_user0SysCallFunc0）;

SCN_user0SysCallFunc0为当重新编译时自动产生的宏定义，方便调用

2.4.3动态的增加系统调用函数

1）编写系统调用函数的符号表

如：

_WRS_DATA_ALIGN_BYTES（16）SYSCALL_RTN_TBL_ENTRYtestScRtnTbl[]=

{

{（FUNCPTR）testFunc0,1,"testFunc0",0},/*routine0*/

{（FUNCPTR）testFunc1,1,"testFunc1",1},/*routine1*/

{（FUNCPTR）testFunc2,1,"testFunc2",2},/*routine2*/

{（FUNCPTR）testFunc3,1,"testFunc2",3}/*routine3*/

};

_WRS_DATA_ALIGN_BYTES（16）告诉编译器以16字节对齐，目的是为了改善性能

2）编写系统调用函数

如：

inttestFunc0（inta，intb,……）

{

…….

}

……

3）注册系统调用函数

如：

syscallGroupRegister（2,"testGroup",4,testScRtnTbl,0）;

第一个参数为组号，第二个参数为组名，第三个参数为函数个数，第四个参数为系统调用符号表（如果是在shell下调用的话需加&号，如&testScRtnTbl），第五个参数为是否要覆盖已存在的注册项。

4）在应用程序中运行

如：

syscall（arg1,arg2,arg3,arg4,arg5,0,0,0,SYSCALL_NUMBER（2,0））;

SYSCALL_NUMBER（2,0）的第一个参数为组号，第二个参数为函数号

2.5共享数据区域

要点：

1）需定义INCLUDE_SHARED_DATA

2）需使用者额外使用互斥机制来保证数据正确性

3）共享区域可以包括RAM、FLASH、IO、VME

4）内核和应用程序之间都可以共享同一数据区域

5）通过sdCreate来创建，sdOpen来访问

2.6动态库

2.6.1共享库（SharedLibraries）

在应用程序中用，当内核启动时，共享库全部的内容就被加载到特定的RAM中，可以供所有应用程序动态调用。

应用程序在编译时只是链接一些必要的信息，代码是在运行时动态定位的。

2.6.2Plug-ins

类似DLL工作原理，没有调试过。

2.7多任务

2.7.1任务变量（TaskVariables）

当多个相同的任务需要用到同一全局变量名，而又需要互不干扰该变量的值时需要用到。

使用时需要先用taskVarAdd来指明哪个变量在哪个任务中，修改变量的值时用函数taskVarSet

好像只能在内核态应用

2.7.2VxWorkstask

通过taskSpawn来创建新的任务

2.7.3POSIXThreads

VxWorks支持POSIXThreads。

与VxWorkstask相似，如需在应用程序支持，则必须配置内核任务调度为POSIXthreadscheduler。

通过pthread_create来创建新的任务。

2.7.4任务调度

支持VxWorkstraditionalkernelscheduler、POSIXthreadscheduler及user-specifiedkernelscheduler三种调度方式，详细可参考《VxWorks_kernel_programmers_guide_6.3.pdf》

在同一应用程序中不建议既使用VxWorksAPI又使用POSIXAPI

2.8信号量

2.8.1VxWorkssemaphores

与VxWorks5.5一样使用。

2.8.2POSIXSemaphores

需配置INCLUDE_POSIX_SEM组件，不需要其它编译设置等。

分为无名信号量与有名信号量，无名信号量只能在同一应用程序中使用，有名信号量可以在不同的应用程序中使用，但是命名时需在前面加“/”,如“/semID001”

通过sem_open来创建或打开，sem_wait来获取，sem_post来释放

2.9消息队列

2.9.1VxWorksMessageQueues

使用比较简单，需注意设置最大的消息数量及消息长度。

使用msgQCreate创建msgQSend发送，msgQReceive接收，接收发送长度只要不超过设定长度就可。

缺点：

不能在不同的应用程序或与内核传递消息

2.9.2POSIXMessageQueues

使用时需要设置最大的消息数量及消息长度

使用mq_open创建mq_send发送，mq_receive接收，发送长度只要不超过设定长度就可，接收长度必须与设置的消息长度相等，否则接收会返回出错。

可以在不同的应用程序或与内核传递消息

2.10Sockets

类型有三种：

InternetDomainSockets、RoutingSockets、LocalDomainSockets。

可用在不同操作系统间的、系统内部的各模块的数据交互。

详细应用可参考文档《wr_net_stack_vxworks_6_programmers_guide_3.1.pdf》

2.11Pipes

通过虚拟设备及I/O系统的操作来实现，任务、应用程序、内核程序都可以往管道里发送消息，也可从管道里接收消息，来实现相互通讯。

管道可以通过pipeDevCreate来建立，需确定消息数目及长度，当管道写满时，再写入时会处于pend状态直到有数据被读取。

注：

所写入及读取的数据长度不能大于初始化的消息长度。

从管道写入数据及读取数据可以用fread、fwrite等

2.12VxWorksevents

可以被用作轻量级的二元信号量（因为不需要事先创建）在任务间或任务与中断处理之间的一些同步操作。

它可以发送事件来通知任务信号量已经有效或消息已s经到达消息队列，可以分别用semEvStart和msgQEvStart来注册（注：

同一个任务每次只能用semEvStart或msgQEvStart注册，不能同时使用），当消息到达时又没有其它的任务挂在这个消息队列时会发送事件，当信号量空闲可用时也会发送事件。

像中断或其它任务也可使用eventSend来发送事件，所有的事件都用eventReceive来接收。

事件共有32位编码，BIT25-BIT32系统保留使用，各个位本身不代表任何意义，需要使用者自己定义。

2.13POSIXQueuedSignals

可以通过在内核、应用程序、任务间相互传递信号，并可以带参数。

使用与中断处理函数类似，需要注册一个信号处理函数及定义信号Number（共支持63个），该函数的运行或被终止可以通过发送信号来实现。

详细应用见《VxWorksApplicationProgrammer’sGuide6.3.pdf》（P225）

2.14内存管理

VxWorks提供flat式的虚拟内存管理方式，即所有的程序都有不同的虚拟地址空间，不会存在相互重叠的现在，通过多段物理内存地址映射成连续地虚拟内存。

可以配置MMU启用或关闭，如果MMU被关闭的话，则所有的内存空间是不受保护的，即应用程序、内核程序都可以相互访问。

有的硬件架构是不支持关闭MMU的，还有如果关闭MMU的话会导致性能的降低。

内存管理组件还提供应用程序、内核程序内存方面出错检测，如内存泄露、内存重复释放等。

2.15Shell解析器

目前支持C、command、自定义三种解析器。

当在C解析器下：

可用shConfig"INTERPRETER=Cmd"来切换到command解析器下。

当在command解析器下：

可用setconfigINTERPRETER=C来切换到C解析器下。

其中自定义解析器可以参考系统自带的shellInterpDemo.c例子。

编译完成后可进行如下操作即可进入自定义解析器：

1）->ld

2）->shellInterpRegister（shellInterpDemoInit）

3）->shConfig"INTERPRETER=DEMO"

该例子的解析器可以支持如下命令：

■tasktocreateatask

■listtolistthetasks

■killtodestroyatask

■dumptodumpthememorycontents

■symtoaccesssymbol

■CtoswitchbacktotheCinterpreter

3设计要点

与VxWorks5.5相比，VxWorks6.3增加了许多新的特性功能，如区分内核态、用户态；兼容POSIX的许多特性功能，如线程、消息、信号量、任务调度；可以自定义任务调度策略、Shell解析器等。

这样给开发者带来很大的灵活性，移植POSIX程序的话会变得更加容易。

RTPs应用程序的引入可以使系统运行的更加安全，同时维护起来会比较方便，但这是损耗系统效率为代价的。

软件设计越灵活，开发者的设计难度就越高。

在设计时需要综合多方面的因素,如：

稳定性、效率、容错能力、可移植性、软件自身复杂度等等。

如果软件是从VxWorks5.5直接移植到VxWorks6.3的，软件整体构架可以不做太多的改动，因为VxWorks6.3是兼容底版本的，最主要的是可以节省移植时间。

当然也可做一些适当的调整，如果运行在内核态的程序与内核没什么关系的话，那么可以考虑让其工作在用户态。

如果是在VxWorks6.3平台上新开发一些模块，就需要考虑哪些模块适合运行在内核态，哪些模块适合运行在用户态。

内核态模块的设计与以前版本基本上是一致的，用户态模块的设计和UNIX相似，每个应用程序都必须有main函数，也就是入口函数。

个人理解：

一般与底层硬件操作密切的模块、需直接与系统内核交互的模块、驱动模块比较适合设计成内核态模块，其它的都可以考虑设计成用户态模块，这样做对系统的整体性能可能会有一定的影响，但是提高了安全性，更有层次感，也方便在不同的操作系统平台中移植。

用户态模块的公共模块可以设计成共享库模式，这样可以节省系统资源。

参考文档

【1】wr_workbench_vxworks_users_guide_2.5.pdf

【2】wr_vx_simulator_users_guide_6.1.pdf

【3】vxworks_application_programmers_guide_6.3.pdf

【4】vxworks_kernel_programmers_guide_6.3.pdf

【5】vxworks_migration_guide_6.3.pdf

【6】wr_workbench_vxworks_migration_guide_2.5.pdf