VxWorks 编程终极指南

🧭 简介

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VxWorks 是一个高度可靠的实时操作系统（RTOS），专为嵌入式系统设计。它广泛应用于航空航天、汽车、工业和网络系统等领域，其中确定性性能和鲁棒性至关重要。

这篇博客文章是 VxWorks 编程的完整指南。无论您是平台新手，还是从裸机或基于 Linux 的嵌入式开发转型而来，本指南将带您了解：

• VxWorks 架构
• 开发环境和工具
• 编程范式（任务处理、进程间通信、内存管理等）
• 使用 POSIX API 和原生 VxWorks API 的示例代码
• 最佳实践

🏗️ VxWorks 架构概览

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VxWorks 7 引入了模块化架构和实时进程（RTPs），允许用户空间应用程序开发并具备内存保护功能。

🧩 关键架构组件

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⚙️ 开发工作流程

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1. 设置工具链：安装 Workbench 或使用 diab/gcc 交叉工具链。
2. 创建 VxWorks 镜像：在 VSB（VxWorks 源构建）中选择操作系统组件。
3. 开发 RTP 或内核模块：选择您的应用程序是在用户空间（RTP）还是作为内核的一部分运行。
4. 构建和部署：通过 JTAG、网络或串口将镜像加载到目标设备。
5. 调试：使用 Workbench 或 target server 进行实时符号调试。

🧪 示例应用程序 - Hello World（RTP）

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// hello.c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(void) {
    printf("来自 VxWorks RTP 的问候！\n");
    sleep(1);
    return 0;
}

🧰 编译：

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ccpentium -o hello.vxe hello.c

📦 在目标设备上运行：

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-> rtpSpawn("/ram0/hello.vxe", 0, 100, 0, 0)

🧵 VxWorks 中的多任务处理

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VxWorks 提供 POSIX 线程 和 原生任务（taskSpawn）。

使用 POSIX 线程

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#include <pthread.h>
#include <stdio.h>

void* task_func(void* arg) {
    printf("任务运行中\n");
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, NULL, task_func, NULL);
    pthread_join(tid, NULL);
    return 0;
}

使用 VxWorks 原生任务

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#include <vxWorks.h>
#include <taskLib.h>

void task_func(int arg) {
    printf("VxWorks 任务运行中\n");
}

int main() {
    taskSpawn("tMyTask", 100, 0, 4096, (FUNCPTR)task_func, 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0);
    return 0;
}

📬 任务间通信

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VxWorks 支持：

• 消息队列（msgQCreate、msgQSend、msgQReceive）
• 信号量（semBCreate、semGive、semTake）
• 共享内存
• 管道和 POSIX 消息队列

示例：消息队列

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MSG_Q_ID msgQId;

void senderTask() {
    msgQSend(msgQId, "Hello", 6, WAIT_FOREVER, MSG_PRI_NORMAL);
}

void receiverTask() {
    char buf[32];
    msgQReceive(msgQId, buf, sizeof(buf), WAIT_FOREVER);
    printf("收到：%s\n", buf);
}

void initTasks() {
    msgQId = msgQCreate(10, 32, MSG_Q_PRIORITY);
    taskSpawn("sender", 100, 0, 4096, (FUNCPTR)senderTask, 0,0,0,0,0,0,0,0,0);
    taskSpawn("receiver", 100, 0, 4096, (FUNCPTR)receiverTask, 0,0,0,0,0,0,0,0,0);
}

💾 文件系统和 I/O

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VxWorks 支持 DOSFS、HRFS 和 原始块 I/O。

挂载 USB 存储设备

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usrUsbInit();
usrFsLibInit();
dosFsDevCreate("/usb0", "usbMassStorageDevice", 0);

基本文件 I/O

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#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int fd = open("/usb0/log.txt", O_CREAT | O_WRONLY, 0666);
write(fd, "日志条目\n", 10);
close(fd);

🌐 网络

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VxWorks 提供 IPv4/IPv6 协议栈、DHCP、SNTP、FTP、Telnet 和 SSH。

示例：使用 BSD 套接字发送 HTTP GET 请求

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#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netdb.h>

void httpGet() {
    int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    struct sockaddr_in addr;
    struct hostent* server = gethostbyname("example.com");

    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(80);
    memcpy(&addr.sin_addr, server->h_addr, server->h_length);

    connect(sock, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));
    write(sock, "GET / HTTP/1.0\r\n\r\n", 18);
    char buf[512];
    read(sock, buf, sizeof(buf));
    printf("响应：%s\n", buf);
    close(sock);
}

🔒 内存管理

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• malloc、calloc、free（RTP）
• memPartAlloc、memPartFree（内核）
• vmLib、vmCreate、vmMap（MMU 控制）

堆栈溢出保护

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taskStackGuardPageEnable(TRUE);

✅ 最佳实践

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• 使用 RTP 以实现模块化和隔离
• 启用 MMU 以确保内存安全
• 避免忙等待循环；使用信号量或消息队列
• 使用 POSIX API 以提高可移植性
• 使用 windview 或日志进行性能调优
• 使用静态分析工具 验证安全关键代码

🔚 结论

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VxWorks 是一个强大且模块化的 RTOS，允许对实时嵌入式应用程序进行深度控制。凭借 RTP 支持、POSIX 兼容性和现代开发环境，它弥合了传统 RTOS 功能与现代嵌入式系统需求之间的差距。

📚 进一步阅读

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• VxWorks 应用程序编程指南 (PDF)
• Wind River 文档
• VxWorks 编程指南