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刘静

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基于VxWorks的测控系统应用

0  引言

VxWorks是美国风河公司（Wind River）于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统，它提供了高效的实时任务调度、中断管理、实时系统资源及实时任务间通信功能。从推出以来，它已成功应用在通信、军事、航空、航天、医疗等各个领域，在嵌入式操作系统领域中占据最大的市场份额，已经成为事实的工业标准和军用标准。

随着计算机技术和自动化测试技术的发展，测控系统正在向通用化、智能化、网络化等方向发展，因此功能高效、运行可靠、应用灵活的嵌入式操作系统VxWorks在测控系统的设计和开发中具有广泛的应用前景。




回帖（3）

苗媛媛

2019-7-5 17:08:54
1  VxWorks简介
嵌入式操作系统是随着计算机处理器的发展而发展的，在16位嵌入式系统中，由于CPU资源量较少，任务相对简单，程序员可以在应用程序中自己管理CPU资源，不一定需要专用的操作系统。随CPU技术的飞速发展，32位CPU已占据嵌入式系统中的主要位置，它资源量巨大，寻址空间可以达到4GB，处理能力非常强大，可以实现实时多任务并发处理，应用也非常复杂。为了充分发挥CPU强大的功能，提高系统的可靠性，缩短开发周期，嵌入式操作系统孕育而生。

嵌入式操作系统一般具有下列特点，能够运行于各种不同类型的处理器之上，操作系统内核精小，效率高、模块化程度高，具有文件和目录管理功能，支持多任务处理，支持网络操作，具有图形窗口和用户界面等功能，并且具有大量的应用程序接口，以及方便、易用的集成开发环境。

VxWorks是美国风河公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统，它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天、医疗等高精尖技术及实时性要求极高的领域中，如卫星通讯、军事演习、弹道制导、飞机导航等。在美国的 F-16、FA-18 战斗机、B-2 隐形轰炸机、爱国者导弹、火星探测器上都使用到了VxWorks，它在嵌入式操作系统应用中占据了最大的市场份额，已经成为事实的工业标准和军用标准。

VxWorks是一个功能强大的操作系统，因此应用相对复杂，为了使开发人员充分发挥其功能，风河公司开发了与之相适应的集成开发环境Tornado，它提供了一个不受目标机资源限制的超级开发和调试环境，从而使开发人员能够轻松、可靠地完成嵌入式应用软件开发任务。Tornado采用主机-目标机开发方式，主机系统可运行在Sun Solaris、HP-UX以及Win95/NT的工作站或个人计算机上，VxWorks则运行在Intel x86、MC68K、PowerPC或SPARC等处理器上，主机-目标机通过以太网、串行线、在线仿真器、ROM仿真器等连接。Tornado提供了友好的可视化开发界面、交叉编译环境、源码级调试工具、目标机命令解释器和目标机状态监视器等多种应用工具，为应用软件开发提供了一个高效而可靠的平台，同时由于Tornado是一个完全的开放系统，使得第三方开发工具十分容易集成在平台中。
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李家沌

2019-7-5 17:09:05
2  VxWorks特性

VxWorks由一个体积很小的内核及一些可以根据需要进行定制的系统模块组成，它包括微内核（Wind）、操作系统模块（Operating System Modules）、I/O子系统（I/O Subsystem）、网络子系统（Networking Subsystem）、虚拟内存（Virtual Memory）、多任务处理（Multi-procesing）和目标开发工具（Target Development Tools）等几部分，由于采用微内核和软组件技术，使VxWorks具有以下特性。

VxWorks具有良好的可裁减性，可以使开发者根据应用程序的需要来分配系统资源，从需要几KB字节内存的深层嵌入式设计到需要更多的操作系统功能的复杂的高端系统，开发者可以在多达400多个独立的模块中进行选择，并且这些模块本身也可以是可裁减的，所以VxWorks可以为用户提供粒度极小的运行环境配置。

VxWorks具有高度的实时性，系统本身的开销很小，进程调度、进程间通信、中断处理等系统公用程序精练而有效，它们造成的延迟很短。VxWorks 提供的多任务机制中对任务的控制采用了优先级抢占策略（Preemptive Priority Scheduling），并辅以时间轮转调度机制（Round-Robin Scheduling），充分保证了可靠的实时性，使同样的硬件配置能满足更强的实时性要求，为应用的开发留下更大的余地。

VxWorks将依赖于硬件的低级代码设计成了板级支持包（BSP），任何一个要运行VxWorks的硬件主板都需要相应的板级支持包，有了板级支持包的支持，移植高级代码时，只要改变相应的依赖于硬件的板级支持包即可，无须修改操作系统和应用程序。

VxWorks支持工业标准TCP/IP网络协议族及WindNet产品，它还通过提供工业级最广泛的网络开发环境来加强这些核心技术。

VxWorks提供的快速文件系统适合于实时系统应用，它包括几种支持使用块设备的本地文件系统。这些设备都使用一个标准的接口从而使得文件系统能够被灵活地移植到设备驱动程序上。

由此可见，VxWorks具有的特性能够充分满足嵌入式实时系统各方面的设计要求，特别是其高度实时的多任务处理的机制，在嵌入式操作系统中处于领军地位。
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李一天

2019-7-5 17:09:07
3  VxWorks的应用

VxWorks应用领域非常广泛，它支持的目标机几乎包括了所有当今流行的CPU系列，目前主要应用领域包括：

●数据网络：以太网交换机、路由器、网桥、网络集线器、ATM等。
●远程通信：分组交换机、蜂窝电话系统、xDSL和电缆调制节解调器等。
●医疗：核磁共振扫描仪、电子成像扫描仪、放射理疗设备等。
●消费电子：PDA、机顶盒、数字电话机、可视电话、声频设备等。
●交通运输：汽车发动机控制系统、汽车导航系统、交通信号控制系统等。
●计算机外围设备：网络计算机、X终端、I/O控制系统等。
●数字图像：打印机、数字复印机、传真机、数字像机等。
●多媒体：专业视频编辑系统、电视会议等。
●航空航天：飞行仿真、航空电子设备、卫星跟踪系统等。
●工业：机器人、测试测量设备、过程控制系统、计算机数控设备等。

自1981年成立以来，风河公司一直被委托为航天、航空及军工产品的开发顾问，公司可靠的技术已成功的运用到了世界上数不清的产品中去，例如NASA(美国国家航空航天局)的空间救生艇、深层空间卫星以及欧洲空间机构的PROBA卫星等等。1997年NASA JPL（喷气推进实验所）的火星探路者使用了VxWorks，使其成为了第一个登上火星的商业操作系统。在火星探路者上VxWorks主要应用于Carl Sagan Memorial 基站，完成一些关键性控制任务，如轨道测距、降落、定向和探测“寄居者”，搜集数据和照片并将其送回地球的探测器。伴随着火星探路者的发射成功，NASA JPL 的“Twins”地质机器人以及火星探测器又一次选择了VxWorks及Tornado集成开发环境，来构建流浪者的“大脑”，风河技术将保障机器执行轨道计算、降落、地面控制系统、数据采集、火星-地球通信中继等等复杂而且关键的任务，目前风河公司支持着NASA JPL包括 Stardust 和 Mars Odyssey 在内的众多项目。VxWorks在军用领域中的大量应用，使其具有高度的可靠性和良好的口碑。

多任务、抢占式任务调度，高速上下文切换，低中断反应时间，和快速、灵活的通信机制是VxWorks具有的最大的特性，特别是微内核层次结构和使用中断驱动、抢占优先级的任务调配机制，使得它具有高效安全的实时特性，因此在测控系统中，特别是具有高度实时性要求的测控系统中，具有强大的应用优势。
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