VxWorks63编程调试要点.docx

1、VxWorks63编程调试要点 杭州ECI通讯文 档 编 号产品版本密级V 1.0公开产品名称： VxWorks 6.3 编程调试要点共 页VxWorks 6.3 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VxWorks 6.3 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-time process)、POSIX（Portable Operating System UNIX）、MMU（Memory Mana

2、gement Unit）1 系统特点VxWorks 6.3除了兼容以前低版本（如：VxWorks 5.5）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VxWorks RTPs（real-time processes），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

3、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wind river workbench2.5开发环境进行的，该环

4、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 .1.1 Shell 下运行 使用C解析器：如：rtpSp host:c:/myInstallDir/vxworks-6.1/target/usr/root/PPC32diab/bin/myVxApp.vxe first second third 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

5、来切换到command解析器下 使用shell command解析器：如：rtp exec host:c:/myInstallDir/vxworks-6.1/target/usr/root/PPC32diab/bin/myVxApp.vxe first second third 对应的可以用rtp delete、kill、rtpd shell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rtp exec命令后或应用程序名后加&）。如：rtp exec host:c:/myInstallDir/vxworks-6.1/target/usr/root/PPC32d

6、iab/bin/myVxApp.vxe first second third &提示符： vxWorks# 一般为C解析器可用set config INTERPRETER=C 来切换到C解析器下2 .1.2 自启动运行 通过脚本运行，需在RTP Startup Facility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.vxertpSp /romfs/RtpTest2.vxe 通过字符串解析运行，

7、需在RTP Startup Facility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 Run RTP on Target就s可以运行了。2 .2 内核模块的运行与VxWorks5.5类似。2 .3 ROMFSVxWorks的一种只读文件

8、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VxWorks Image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) cd c:myInstallDirvxworks-6.1targetprojwrSbc8260_diab2) mkdir romfs3) copy c:allMyVxAppsmyVxApp.vxe romfs4) make TOOL=diab如果不想

9、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：make TOOL=diab ROMFS_DIR=c:allMyVxApps2 .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

10、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user0SysCallFunc0Sc5) 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

11、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：struct user0SysCallFunc0Sc int a； int b； 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VxWorks6.3shareh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_GROUP SCG_USER0 2 INCLUDE_USER_SYSCALL 0 user

12、0SysCallFunc0 1 user0SysCallFunc1 2 user0SysCallFunc2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user0SysCallFunc0 3 int a; int b; char *c; user0SysCallFunc1 3 int a; int b; char *c; user0SysCallFun

13、c2 3 int a; int b; char *c; 解释：user0SysCallFunc0为函数名， 3 为参数个数， int a; int b; char *c; 为参数形式 3) 增加系统调用处理函数int user0SysCallFunc0Sc(struct user0SysCallFunc0ScArgs *pArgs) return OK;int user0SysCallFunc1Sc(struct user0SysCallFunc1ScArgs *pArgs) return OK;int user0SysCallFunc2Sc(struct user0SysCallFunc2S

14、cArgs *pArgs) return OK;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：make CPU=cpuType TOOL=toolType5) 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

15、1) 编写系统调用函数的符号表如：_WRS_DATA_ALIGN_BYTES(16) SYSCALL_RTN_TBL_ENTRY testScRtnTbl = (FUNCPTR) testFunc0, 1, testFunc0, 0, /* routine 0 */ (FUNCPTR) testFunc1, 1, testFunc1, 1, /* routine 1 */ (FUNCPTR) testFunc2, 1, testFunc2, 2, /* routine 2 */ (FUNCPTR) testFunc3, 1, testFunc2, 3 /* routine 3 */;_WRS_

16、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：int testFunc0（int a，int b,） .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, arg

17、5, 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_DATA2) 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、VME4) 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（Shared Libraries）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

18、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 .6.2 Plug-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（Task Variables） 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 .7.2 VxWorks task通过taskSpawn来创建新的任务2 .7.3 POSIX ThreadsVxWorks 支持 POSIX Threads。与 VxWorks task相似，如需在

19、应用程序支持，则必须配置内核任务调度为POSIX thread scheduler。通过pthread_create来创建新的任务。2 .7.4 任务调度支持VxWorks traditional kernel scheduler、POSIX thread scheduler及user-specified kernel scheduler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VxWorks API又使用POSIX API2 .8 信号量2 .8.1 VxWorks semaphores与VxWork

20、s5.5一样使用。2 .8.2 POSIX Semaphores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 .9.1 VxWorks Message Queues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

21、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 .9.2 POSIX Message Queues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 .10 Sockets类型有三种：Internet Domain Sockets、Routing Sockets、Local Domain Sockets。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_vxwo

22、rks_6_programmers_guide_3.1.pdf2 .11 Pipes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 .12 VxWorks events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

23、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 .13 POSIX Queued Signals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

24、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VxWorks Application Programmers Guide 6.3.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。

25、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 .15 Shell 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set config INTERPRETER=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 shellInterpRegister (shellInterpDemoInit)3) - shCon

26、fig INTERPRETER=DEMO该例子的解析器可以支持如下命令： task to create a task list to list the tasks kill to destroy a task dump to dump the memory contents sym to access symbol C to switch back to the C interpreter3 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

27、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

28、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