VxWorks

VxWorks RTOS：用于嵌入式系统的高性能实时操作系统

VxWorks 实时操作系统 (RTOS) 是一个功能强大、可靠且安全的嵌入式软件平台，已在全球数百万种产品中使用。它专为工业自动化、航空航天和国防系统、医疗设备和消费电子产品等安全关键型应用而设计。这篇博文将介绍 VxWorks RTOS 的功能。

VxWorks为开发人员提供了一套全面的工具，用于快速高效地创建强大的嵌入式解决方案。它包括具有抢占式多任务处理能力的高性能内核；先进的内存管理；网络协议，包括 TCP/IP 堆栈支持；各种硬件组件（例如传感器或显示器）的设备驱动程序；文件系统，如 FAT32 或 UFS2；Wind River Workbench IDE 等调试工具以及更多功能使其成为在预算紧张的情况下在时间有限的项目上开发复杂应用程序的理想选择。

该架构基于模块化，允许用户通过仅添加必要的组件而保持其他部件不变来定制自己的版本，从而帮助他们显着降低成本，而不会影响关键任务产品所期望的质量标准。此外，其高度可配置的特性使用户能够根据应用需求采用不同的策略——无论他们需要确定性的行为还是想要快速的响应时间。最后但并非最不重要的一点是，其安全机制即使在可能受到恶意攻击的恶劣条件下也能确保安全运行。

如果您希望开始使用VxWorks RTOS，我们的教程是学习基础知识并使用 VxWorks RTOS 教程精通实时嵌入式系统开发的完美资源

VxWorks RTOS 的历史和发明

在 20 世纪 80 年代末，VxWorks 最初是对称为 VRTX 的基本实时操作系统进行的一系列改进，该操作系统最初由 Ready Systems（后来于 1995 年成为 Mentor Graphics 的产品）销售。Wind River Systems 获得了 VRTX 的分销权，并通过集成文件系统和一体化开发环境等功能增强了其功能。由于 Wind River 预计其与 Ready Systems 的经销商协议将终止，因此该公司创建了自己的内核来取代 VxWorks 中的 VRTX。

《嵌入式系统实时概念》是一本2003年出版的教科书，拥有Wind River版权。本书概述了 RTOS，涵盖开发环境、运行时环境和系统调用系列。它由风河员工撰写，并包含风河董事长兼联合创始人 Jerry Fiddler 的前言。虽然这本书对于那些想要了解 RTOS 的人来说是一本很好的指南，但值得注意的是，它不应该仅仅作为 Wind River 官方文档的替代品，因为这对于执业工程师来说可能是必要的。”

以下是 VxWorks RTOS 的发展和发明简史：

  • 1981 年，Jerry Fiddler 和 Dave Wilner 在加利福尼亚州伯克利创立了风河系统公司。最初，该公司为 VAX 计算机架构开发软件工具。
  • 1987 年，风河系统公司推出了 VxWorks，这是一种专为嵌入式系统和实时应用程序设计的实时操作系统。
  • VxWorks 是最早使用微内核架构的实时操作系统之一，该架构允许模块化和灵活的系统设计。这使得 VxWorks 非常适合各种应用，从工业控制系统到航空航天和国防系统。
  • 20 世纪 90 年代，风河系统公司扩展了其产品线，包括软件开发工具、中间件和其他专为嵌入式系统设计的产品。
  • 1997 年，Wind River Systems 成为一家上市公司，并在 2000 年代持续发展，收购了多家公司并扩大了其在嵌入式系统市场的产品范围。
  • 2018年，英特尔公司收购了Wind River Systems，使VxWorks成为英特尔软硬件产品组合的一部分。
  • 纵观其历史，VxWorks 已被广泛应用于各种应用，包括飞机航空电子系统、电信设备、医疗设备和汽车系统。

VxWorks RTOS 的一些关键发明和功能包括：

  • 微内核架构： VxWorks 是最早使用微内核架构的实时操作系统之一，它允许模块化和灵活的系统设计。
  • 实时性能： VxWorks 专为实时应用而设计，具有快速中断处理、低开销和快速上下文切换的特点。
  • POSIX 合规性： VxWorks 支持 POSIX 标准，可以更好地兼容现有软件和工具。
  • 开发工具：风河系统为VxWorks提供了广泛的开发工具，包括编译器、调试器和性能分析工具。
  • 安全和保障功能： VxWorks 包括内置的安全和保障功能，例如内存保护和容错，以确保系统的可靠性和安全性。

VxWorks实时操作系统的特点

VxWorks 是由 Wind River Systems 开发和销售的实时操作系统 (RTOS)。VxWorks RTOS 的一些主要功能包括：

  1. 实时性能： VxWorks 旨在提供确定性性能和低延迟任务调度。这确保了高优先级任务能够迅速执行，满足实时应用程序严格的时序要求。
  2. 可扩展性： VxWorks 提供可扩展的架构，允许开发人员根据各种应用需求定制系统。这使得它适用于资源受限的设备以及强大的多核处理器。
  3. 多任务处理： VxWorks 支持抢占式多任务处理，允许多个任务同时运行。调度程序根据任务的优先级和状态来管理任务，确保关键任务及时执行。
  4. 任务间通信和同步： VxWorks 提供了多种任务间通信和同步的机制，包括消息队列、信号量和互斥体。这些功能可以实现任务的高效协调，并有助于维护系统中正确的操作顺序。
  5. 内存管理： VxWorks 包含一个内存管理子系统，支持固定大小和动态内存分配。这使得开发人员可以根据应用程序的需求有效地管理内存使用情况。
  6. 网络和连接： VxWorks 为各种网络协议和通信标准提供广泛支持，例如 TCP/IP、IPv6、USB、蓝牙和 Wi-Fi。这使得嵌入式设备能够无缝集成到互联系统中。
  7. 文件系统和数据存储： VxWorks 支持多种文件系统，包括 FAT、NFS 和日志文件系统。这为嵌入式应用程序中的数据存储和管理提供了灵活的选项。
  8. 安全功能： VxWorks 集成了各种安全功能，例如安全启动、安全更新机制和加密库。这些有助于保护设备免遭未经授权的访问和篡改。
  9. 广泛的硬件支持： VxWorks支持广泛的处理器架构和硬件平台，包括ARM、Intel、PowerPC、MIPS和RISC-V。这使开发人员可以灵活地为其应用选择合适的硬件。
  10. 开发工具： VxWorks 由Wind River Workbench支持，这是一个集成开发环境 (IDE)，包括编译器、调试器和性能分析工具。这简化了开发和调试过程。

VxWorks RTOS架构

VxWorks RTOS 的架构旨在为嵌入式实时系统提供高度模块化、可扩展且灵活的平台。VxWorks架构的关键组件是：

  1. 内核： VxWorks内核提供了操作系统的核心功能，包括任务调度、任务间通信和内存管理。它是一个抢占式、基于优先级的内核，可提供确定性的性能和实时响应。
  2. 文件系统： VxWorks 支持一系列文件系统，包括 FAT、NFS 和 ROMFS。这些文件系统提供对存储设备的访问，并允许应用程序读取数据并将数据写入持久存储。
  3. 网络堆栈： VxWorks 包括一个功能齐全的网络堆栈，为各种网络协议提供支持，包括TCP/IP、UDP、ICMP 和 SNMP。
  4. 设备驱动程序： VxWorks 支持多种设备驱动程序，包括串行端口、以太网控制器、USB设备和定制硬件的驱动程序。
  5. 库： VxWorks 包括一系列为应用程序提供附加功能的库，例如数学库、C 库和 POSIX 兼容库。
  6. 板级支持包（BSP）： VxWorks BSP 在操作系统和硬件平台之间提供了一个抽象层。它包括特定硬件平台的设备驱动程序、初始化例程和配置文件。
  7. 应用程序编程接口（API）： VxWorks API为应用程序与操作系统交互提供了一组标准接口。API 包括任务创建、任务间通信、同步和内存管理等功能。

VxWorks RTOS工作原理

VxWorks RTOS 通过提供实时内核来运行，该内核管理系统资源并提供应用程序可用于与操作系统交互的一组服务。内核提供了一种抢占式、基于优先级的调度算法，可确保高优先级任务首先执行，而低优先级任务不会缺乏 CPU 时间。

在 VxWorks 上运行的应用程序可以创建和管理任务，这些任务是在自己的地址空间中运行的独立执行线程。任务可以使用各种任务间通信机制（例如消息队列、信号量和共享内存）来相互通信。

VxWorks还提供一系列内存管理服务，包括虚拟内存支持以及动态分配和释放内存的能力。这允许应用程序管理自己的内存使用情况，并有助于防止内存泄漏和其他与内存相关的错误。

除了任务和内存管理之外，VxWorks 还提供一系列其他服务，包括中断处理、设备驱动程序和网络支持。VxWorks还支持多种开发工具，例如编译器、调试器和性能分析工具，允许开发人员编写和调试在VxWorks上运行的应用程序。

VxWorks RTOS 支持的硬件平台

VxWorks RTOS 支持广泛的处理器架构和硬件平台，为开发人员为其应用选择合适的硬件提供了灵活性。一些受支持的硬件平台和处理器架构包括：

  1. ARM： VxWorks 支持各种 ARM 处理器系列，例如 ARM Cortex-A、Cortex-R 和 Cortex-M 系列。其中包括来自 NXP、Texas Instruments 和 STMicroElectronics 等制造商的处理器。
  2. Intel： VxWorks 支持 Intel x86 和 x86_64（Intel 64）架构，包括 Intel Atom、Core 和 Xeon 处理器。这使得 VxWorks 能够用于从低功耗嵌入式系统到高性能服务器级应用的各种设备。
  3. PowerPC： VxWorks 支持 NXP 和 IBM 等制造商的 PowerPC 处理器。其中包括 e200、e300、e500、e600 和 e5500 系列等。
  4. MIPS： VxWorks 为 Broadcom、Cavium 和 Microchip 等制造商的 MIPS 处理器系列（例如 MIPS32 和 MIPS64）提供支持。
  5. RISC-V： VxWorks增加了对开源RISC-V架构的支持，使其能够在实现RISC-V指令集的处理器上使用。
  6. SH： VxWorks 支持瑞萨 SuperH (SH) 系列处理器，例如 SH-2、SH-3 和 SH-4 系列。
  7. SPARC： VxWorks 支持 SPARC 架构，包括来自 Fujitsu 和 Oracle 等制造商的处理器。

与 VxWorks RTOS 一起使用的设备

由于其稳健性、实时性能和可扩展性，VxWorks RTOS 被广泛应用于各个行业的各种设备中。使用 VxWorks RTOS 的一些著名设备和应用程序包括：

航空航天和国防系统：

  • NASA 的火星探测器（勇气号、机遇号和好奇号）
  • 火星探路者任务的机载计算机
  • 波音 787 梦想客机飞机子系统
  • 国际空间站（ISS）上的欧洲机械臂（ERA）
  • 国际空间站上的日本实验舱（JEM）

工业自动化和控制系统：

  • 可编程逻辑控制器 (PLC)
  • 工业机器人
  • 集散控制系统（DCS）

汽车系统：

  • 发动机控制单元 (ECU)
  • 高级驾驶辅助系统 (ADAS)
  • 信息娱乐系统

网络设备：

  • 路由器和交换机
  • 网络安全设备（防火墙、入侵检测系统）
  • 无线接入点

医疗设备：

  • 病人监护系统
  • 诊断成像系统（CT、MRI、超声波）
  • 机器人手术系统

电信：

  • 蜂窝网络的基站和无线电网络控制器
  • 卫星通信系统
  • 媒体网关和会话边界控制器

消费类电子产品：

  • 机顶盒
  • 智能电视
  • 数字录像机 (DVR)

科学研究与探索：

  • 欧洲核子研究中心大型强子对撞机的控制系统
  • 作为 NASA 深空网络 (DSN) 一部分的各种深空通信系统

VxWorks RTOS的应用

VxWorks RTOS 因其实时性能、可靠性和多功能性而广泛应用于多个行业。VxWorks RTOS 的一些关键应用包括：

  1. 航空航天和国防： VxWorks 广泛应用于各种航空航天和国防应用，例如航空电子系统、卫星通信系统、无人机 ( UAV ) 和地面控制系统。其实时性能和可靠性对于这些行业的关键任务系统至关重要。
  2. 工业自动化： VxWorks 用于工业自动化和控制系统，包括可编程逻辑控制器 (PLC)、分布式控制系统 (DCS) 和工业机器人。其实时功能和确定性性能对于确保这些应用程序的精确控制和响应能力至关重要。
  3. 汽车系统： VxWorks 用于一系列汽车应用，例如发动机控制单元 (ECU)、高级驾驶员辅助系统 ( ADAS ) 和信息娱乐系统。其实时性能和可靠性对于确保车辆安全和无缝用户体验至关重要。
  4. 网络设备： VxWorks 用于路由器、交换机、网络安全设备和无线接入点等网络设备。其实时性能和可扩展性可实现网络流量的高效处理和安全通信。
  5. 医疗设备： VxWorks 用于各种医疗设备，例如患者监护系统、诊断成像系统和机器人手术系统。其实时功能和可靠性确保了准确的数据处理和患者安全。
  6. 电信： VxWorks 用于电信设备，包括基站、无线电网络控制器、卫星通信系统和媒体网关。其实时性能和鲁棒性对于维护可靠的通信网络至关重要。
  7. 消费电子产品： VxWorks 用于消费电子产品，例如机顶盒、智能电视和数字录像机 (DVR)。其实时性能和对各种硬件平台的支持使其适合提供高质量的多媒体体验。
  8. 科学研究和探索： VxWorks用于科学研究和探索项目的控制系统，例如欧洲核子研究中心的大型强子对撞机和各种深空通信系统。

VxWorks RTOS的优点

VxWorks RTOS 具有多种优势，使其成为嵌入式和实时系统的流行选择。VxWorks 的一些主要优势包括：

  1. 高性能和确定性： VxWorks 专为实时和嵌入式系统而设计，它提供高性能和确定性行为。其抢占式、基于优先级的调度算法可确保首先执行高优先级任务，其低延迟中断处理可确保快速处理关键事件。
  2. 可扩展性和灵活性： VxWorks 是高度模块化的，可以进行定制以满足系统的特定要求。其架构支持广泛的硬件平台，从小型嵌入式设备到大型多核系统。
  3. 可靠性和安全性： VxWorks 在可靠性和安全性方面拥有良好的记录，它被用于许多任务关键型和安全关键型系统，例如航空航天和国防系统、医疗设备和工业控制系统。
  4. 丰富的服务和工具： VxWorks提供了一套全面的服务，例如任务间通信、内存管理、设备驱动程序和网络支持，以及一系列开发工具，例如编译器、调试器和性能分析工具。
  5. 广泛的生态系统： VxWorks 拥有广泛的第三方工具和服务生态系统，例如中间件、协议和库，可用于增强系统的功能和性能。
  6. 长寿和支持： VxWorks 已经使用了三十多年，并得到了领先的智能系统软件提供商 Wind River Systems 的支持。风河为VxWorks提供长期支持和维护，确保系统能够获得多年的支持。

VxWorks RTOS 的缺点

虽然 VxWorks RTOS 有许多优点，但也有一些潜在的缺点需要考虑。以下是一些：

  1. 专有： VxWorks 是专有 RTOS，这意味着其源代码不公开。这可能会限制开发人员修改和定制系统以满足其特定需求的能力。
  2. 成本： VxWorks是商业产品，需要许可证才能使用。对于某些项目，尤其是小型或非营利组织来说，许可证成本可能是一个重要因素。
  3. 陡峭的学习曲线： VxWorks 具有复杂的架构和陡峭的学习曲线，特别是对于刚接触实时系统或以前没有使用过 VxWorks 的开发人员。
  4. 有限的社区支持：虽然 VxWorks 拥有广泛的第三方工具和服务生态系统，但与 FreeRTOS 或 Linux 等开源 RTOS 相比，它的开发人员社区较小。这可能会限制开发人员获得社区支持和资源的可用性。
  5. 有限的硬件支持：虽然 VxWorks 支持广泛的硬件平台，但它可能不支持开发人员可能想要在其项目中使用的所有硬件。这可能会限制开发人员选择最适合其要求的硬件的能力。
  6. 有限的开发环境：虽然VxWorks提供了一系列开发工具，但它可能无法与开发人员在其项目中可能想要使用的所有开发工具很好地集成。这可能会限制开发人员选择最适合其工作流程的工具的能力。

VxWorks RTOS的未来发展和增强

作为领先的 RTOS，VxWorks 不断发展并适应嵌入式系统不断变化的格局。VxWorks RTOS 未来可能的一些开发和增强领域包括：

  1. 提高安全性：随着嵌入式系统变得更加互联和关键，确保强大的安全性至关重要。VxWorks 可能会继续加强其安全功能，包括安全启动、安全更新机制和加密库，以保护设备免遭未经授权的访问和篡改。
  2. 增强对多核处理器的支持：随着多核处理器在嵌入式系统中的发展趋势，VxWorks可能会重点改进对多核架构的支持、优化任务调度和负载平衡，以充分利用多核硬件。
  3. 扩大物联网支持：随着物联网（IoT）的不断发展，VxWorks可能会增强对物联网应用的支持，包括更好地与物联网协议、云服务和边缘计算平台集成。
  4. 支持新兴硬件平台：随着新的处理器架构和硬件平台的出现，VxWorks 可能会继续扩展其硬件支持，确保与最新技术的兼容性。
  5. AI和机器学习集成：随着人工智能（AI）和机器学习（ML）在嵌入式系统中的日益采用，VxWorks可能会纳入对AI和ML框架的支持，使开发人员更容易将这些高级功能集成到他们的应用程序中。
  6. 增强的开发工具：为了简化开发过程，VxWorks 可能会重点改进其开发工具，例如 Wind River Workbench，具有更好的调试、性能分析和代码生成功能等功能。
  7. 增加模块化和定制化： VxWorks可能会继续增强其模块化架构，使开发人员能够根据其应用程序需求轻松包含或排除特定组件，进一步优化资源使用和性能。
  8. 支持新兴通信技术：随着 5G 等新通信技术和标准的出现，VxWorks 可能会扩展其网络堆栈以包括对这些新技术的支持，确保与未来通信网络的无缝集成。

VxWorks RTOS 的使用、可用性、许可和定价详细信息

VxWorks RTOS是一个非常流行的RTOS，它有很多功能，所以让我们详细讨论一下如何使用它。

VxWorks RTOS 的使用和可用性详细信息

VxWorks RTOS 可在 Wind River Systems 网站上购买和下载。感兴趣的用户可以访问该网站，了解有关该产品、其功能和许可选项的更多信息。Wind River Systems 还提供 VxWorks RTOS 的免费试用版，可以从其网站下载以进行评估。此外，该公司还提供支持和培训服务，帮助用户开始使用 RTOS 并使用 VxWorks 开发实时嵌入式应用程序。

VxWorks RTOS 许可详细信息

VxWorks RTOS 是由 Wind River Systems 开发和许可的专有软件产品。VxWorks RTOS 的许可取决于多个因素，例如席位数量、部署选项和支持要求。风河系统提供灵活的许可选项来满足各种用户的需求，包括永久、定期和基于订阅的许可。该公司还为特定应用程序或项目提供定制许可选项。感兴趣的用户可以直接联系风河系统讨论他们的许可需求并获取有关定价和许可选项的更多信息。此外，风河系统还提供VxWorks RTOS的免费试用版，可在购买完整版之前用于评估目的。

VxWorks RTOS 定价详情

VxWorks RTOS 的定价由多个因素决定，例如席位数量、部署选项和支持要求。风河系统提供灵活的定价选项来满足各种用户的需求，包括永久、定期和基于订阅的许可证。该公司还为特定应用或项目提供定制定价选项。感兴趣的用户可以直接联系风河系统以获取有关定价和许可选项的更多信息。该公司还提供 VxWorks RTOS 的免费试用版，可以从其网站下载以进行评估。VxWorks RTOS 的定价并未公开，因为它取决于每个用户的具体要求。

VxWorks RTOS 下载详情

如果您正在寻找VxWorks RTOS 软件的免费下载的完整版的 VxWorks RTOS，遗憾的是，它不是免费提供的。然而，VxWorks RTOS 的开发商 Wind River Systems 确实提供了该软件的免费试用版以用于评估目的。试用版使用户可以访问 RTOS 的所有功能，但在时间和使用方面受到限制。感兴趣的用户可以访问Wind River Systems网站，了解有关VxWorks RTOS试用版的更多信息并下载进行评估。需要注意的是，试用版仅用于评估目的，如果没有从 Wind River Systems 购买有效许可证，则不能用于商业或生产目的。虽然 VxWorks RTOS 的完整版本无法免费下载，但试用版为用户提供了在做出购买决定之前探索该软件的特性和功能的机会。

相关文章: