VxWorks 实时操作系统简介 #
VxWorks 实时操作系统 (RTOS) 是一款强大、可靠且安全的嵌入式软件平台，已在全球数百万种产品中得到应用。它专为安全关键型应用而设计，例如工业自动化、航空航天与国防系统、医疗设备和消费电子产品。这篇博文将介绍 VxWorks RTOS 的各项特性。
VxWorks 为开发人员提供了一整套全面的工具，以快速高效地创建稳健的嵌入式解决方案。它包括一个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；包括 TCP/IP 协议栈支持的网络协议；用于各种硬件组件（如传感器或显示器）的设备驱动程序；FAT32 或 UFS2 等文件系统；Wind River Workbench IDE 等调试工具，以及许多其他特性，使其成为在时间受限的项目和严格预算约束下开发复杂应用的理想选择。
其架构基于模块化设计，允许用户通过仅添加必要组件来定制自己的版本，同时保持其他部分不变，从而在不影响任务关键型产品所需质量标准的情况下显著降低成本。此外，其高度可配置的特性使得用户能够根据应用需求采取不同的策略——无论是需要确定性行为还是希望获得快速响应时间。最后但并非最不重要的一点是，其安全机制确保即使在可能发生恶意攻击的恶劣条件下也能安全运行。
如果您希望开始使用 VxWorks RTOS，我们的教程是学习要点并熟练使用 VxWorks RTOS 教程进行实时嵌入式系统开发的完美资源。
VxWorks 实时操作系统的历史和发明 #
在 20 世纪 80 年代后期，VxWorks 起源于对名为 VRTX 的基本实时操作系统的系列改进，该系统最初由 Ready Systems（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 的经销商协议将会终止，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》一书于 2003 年出版，版权归 Wind River 所有。该书概述了 RTOS，涵盖了开发环境、运行时环境和系统调用族。它由 Wind River 的员工编写，并由 Wind River 的董事长兼联合创始人 Jerry Fiddler 作序。虽然这本书是那些希望了解 RTOS 的人的优秀指南，但重要的是要注意，它不应被完全依赖以取代 Wind River 的官方文档，这对于实践工程师来说可能是必需的。
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 Wind River Systems。最初，该公司为 VAX 计算机架构开发软件工具。
- 1987 年，Wind River Systems 推出了 VxWorks，这是一款专为嵌入式系统和实时应用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，这种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。
- 在 20 世纪 90 年代，Wind River Systems 扩展了其产品线，包括为嵌入式系统设计的软件开发工具、中间件和其他产品。
- 1997 年，Wind River Systems 成为一家上市公司，并在 2000 年代继续增长，收购了几家公司并扩大了其在嵌入式系统市场的业务。
- 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。
- 在其发展历程中，VxWorks 已被广泛应用于各种领域，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 的一些关键发明和特性包括：
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，这种架构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 兼容性：VxWorks 支持 POSIX 标准，从而提高了与现有软件和工具的兼容性。开发工具：Wind River Systems 为 VxWorks 提供广泛的开发工具，包括编译器、调试器和性能分析工具。安全特性：VxWorks 包含内置的安全特性，如内存保护和容错，以确保系统的可靠性和安全性。
VxWorks 实时操作系统的特性 #
VxWorks 是一款由 Wind River Systems 开发和销售的实时操作系统 (RTOS)。VxWorks RTOS 的一些关键特性包括：
实时性能：VxWorks 旨在提供确定性性能和低延迟的任务调度。这确保了高优先级任务能够及时执行，满足实时应用的严格时序要求。可伸缩性：VxWorks 提供可伸缩的架构，允许开发人员根据各种应用需求定制系统。这使其既适用于资源受限的设备，也适用于功能强大的多核处理器。多任务处理：VxWorks 支持抢占式多任务处理，允许多个任务并发运行。调度器根据任务的优先级和状态管理任务，确保关键任务能够及时执行。任务间通信和同步：VxWorks 提供了多种任务间通信和同步机制，包括消息队列、信号量和互斥锁。这些特性能够实现任务的高效协调，并有助于维护系统中操作的正确顺序。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。这使得开发人员能够根据其应用的需求有效地管理内存使用。网络和连接：VxWorks 为各种网络协议和通信标准提供广泛的支持，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。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。这为嵌入式应用中的数据存储和管理提供了灵活的选择。安全特性：VxWorks 集成了各种安全特性，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受未经授权的访问和篡改。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。这为开发人员在为其应用选择合适的硬件时提供了灵活性。开发工具：VxWorks 由 Wind River Workbench 提供支持，这是一个集成的开发环境 (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 实时操作系统的架构 #
VxWorks RTOS 的架构旨在为嵌入式和实时系统提供高度模块化、可伸缩和灵活的平台。VxWorks 架构的关键组件包括：
内核：VxWorks 内核提供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，提供确定性性能和实时响应。文件系统：VxWorks 支持多种文件系统，包括 FAT、NFS 和 ROMFS。这些文件系统提供对存储设备的访问，并允许应用程序读写持久性存储中的数据。网络协议栈：VxWorks 包含一个功能完善的网络协议栈，支持广泛的网络协议，包括 TCP/IP、UDP、ICMP 和 SNMP。设备驱动程序：VxWorks 支持广泛的设备驱动程序，包括用于串行端口、以太网控制器、USB 设备和自定义硬件的驱动程序。库：VxWorks 包含一系列库，为应用程序提供额外的功能，例如数学库、C 库和 POSIX 兼容库。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。应用程序编程接口 (API)：VxWorks API 为应用程序提供了一组标准的接口，用于与操作系统交互。API 包括用于任务创建、任务间通信、同步和内存管理的函数。
VxWorks 实时操作系统的工作原理 #
VxWorks RTOS 的工作原理是提供一个实时内核，该内核管理系统资源并提供一组应用程序可以用来与操作系统交互的服务。内核提供抢占式、基于优先级的调度算法，确保高优先级任务首先执行，而低优先级任务不会因缺乏 CPU 时间而“饿死”。
在 VxWorks 上运行的应用程序可以创建和管理任务，这些任务是在各自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（如消息队列、信号量和共享内存）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。这使得应用程序能够管理自己的内存使用，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 还支持各种开发工具，例如编译器、调试器和性能分析工具，这些工具允许开发人员编写和调试在 VxWorks 上运行的应用程序。
VxWorks 实时操作系统支持的硬件平台 #
VxWorks RTOS 支持广泛的处理器架构和硬件平台，为开发人员在为其应用选择合适的硬件时提供了灵活性。一些受支持的硬件平台和处理器架构包括：
ARM：VxWorks 支持各种 ARM 处理器系列，例如 ARM Cortex-A、Cortex-R 和 Cortex-M 系列。这包括来自 NXP、德州仪器和意法半导体等制造商的处理器。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 可以应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。PowerPC：VxWorks 支持来自 NXP 和 IBM 等制造商的 PowerPC 处理器。这包括 e200、e300、e500、e600 和 e5500 系列等。MIPS：VxWorks 为来自 Broadcom、Cavium 和 Microchip 等制造商的 MIPS 处理器系列（如 MIPS32 和 MIPS64）提供支持。RISC-V：VxWorks 增加了对开源 RISC-V 架构的支持，使其能够应用于实现 RISC-V 指令集的处理器。SH：VxWorks 支持瑞萨 SuperH (SH) 系列处理器，例如 SH-2、SH-3 和 SH-4 系列。SPARC：VxWorks 支持 SPARC 架构，包括来自富士通和 Oracle 等制造商的处理器。
使用 VxWorks 实时操作系统的设备 #
由于其稳健性、实时性能和可伸缩性，VxWorks RTOS 被广泛应用于各行各业的各种设备中。一些使用 VxWorks RTOS 的著名设备和应用包括：
- 航空航天与国防系统：
- NASA 的火星探测车（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 梦想客机子系统
- 国际空间站 (ISS) 上的欧洲机械臂 (ERA)
- 国际空间站 (ISS) 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
- 分布式控制系统 (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）
- 机器人手术系统
- 电信：
- 蜂窝网络的基站和无线网络控制器
- 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 (CERN) 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 实时操作系统的应用 #
由于其实时性能、可靠性和多功能性，VxWorks RTOS 被广泛应用于多个行业。VxWorks RTOS 的一些关键应用包括：
航空航天与国防：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任务关键型系统至关重要。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。其实时能力和确定性性能对于确保这些应用中的精确控制和响应至关重要。汽车系统：VxWorks 应用于各种汽车应用，例如发动机控制单元 (ECU)、高级驾驶辅助系统 (ADAS) 和信息娱乐系统。其实时性能和可靠性对于确保车辆的安全和无缝用户体验至关重要。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。其实时性能和可伸缩性能够高效处理网络流量和安全通信。医疗设备：VxWorks 应用于各种医疗设备，例如病人监护系统、诊断成像系统和机器人手术系统。其实时能力和可靠性确保了准确的数据处理和患者安全。电信：VxWorks 用于电信设备，包括基站、无线网络控制器、卫星通信系统和媒体网关。其实时性能和稳健性对于维护可靠的通信网络至关重要。消费电子产品：VxWorks 用于机顶盒、智能电视和数字录像机 (DVR) 等消费电子产品。其实时性能和对各种硬件平台的支持使其适用于提供高质量的多媒体体验。科学研究与探索：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 (CERN) 的大型强子对撞机和各种深空通信系统。
VxWorks 实时操作系统的优势 #
VxWorks RTOS 具有多个优势，使其成为嵌入式和实时系统的热门选择。VxWorks 的一些关键优势包括：
高性能和确定性：VxWorks 专为实时和嵌入式系统而设计，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确保高优先级任务首先执行，其低延迟中断处理确保关键事件得到快速处理。可伸缩性和灵活性：VxWorks 具有高度模块化，可以根据系统的特定要求进行定制。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。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，并应用于许多任务关键型和安全关键型系统，例如航空航天与国防系统、医疗设备和工业控制系统。丰富的服务和工具集：VxWorks 提供全面的服务集，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。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，这些可以用来增强系统的功能和性能。长期性和支持：VxWorks 已经使用了三十多年，并得到智能系统软件领先供应商 Wind River Systems 的支持。Wind River 为 VxWorks 提供长期支持和维护，确保系统可以得到多年的支持。
VxWorks 实时操作系统的缺点 #
虽然 VxWorks RTOS 有许多优点，但也存在一些潜在的缺点需要考虑。以下是一些：
专有：VxWorks 是一款专有的 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。成本：VxWorks 是一款商业产品，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而言，许可证成本可能是一个重要因素。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 的开发人员而言。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，其开发人员社区较小。这可能会限制开发人员可获得的社区支持和资源。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希望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需求的硬件的能力。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希望在其项目中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 实时操作系统的未来发展和增强 #
作为领先的 RTOS，VxWorks 不断发展和适应不断变化的嵌入式系统格局。VxWorks RTOS 未来可能的发展和增强领域包括：
改进的安全性：随着嵌入式系统变得越来越互联和关键，确保强大的安全性至关重要。VxWorks 可能会继续加强其安全特性，包括安全启动、安全更新机制和加密库，以保护设备免受未经授权的访问和篡改。增强对多核处理器的支持：随着嵌入式系统中多核处理器日益普及，VxWorks 可能会专注于改进其对多核架构的支持，优化任务调度和负载平衡，以充分利用多核硬件。扩展的物联网支持：随着物联网 (IoT) 的持续增长，VxWorks 可能会增强其对物联网应用的支持，包括更好地集成物联网协议、云服务和边缘计算平台。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。人工智能和机器学习集成：随着人工智能 (AI) 和机器学习 (ML) 在嵌入式系统中日益普及，VxWorks 可能会整合对 AI 和 ML 框架的支持，从而使开发人员更容易将这些先进功能集成到他们的应用程序中。增强的开发工具：为了简化开发过程，VxWorks 可能会专注于改进其开发工具，例如 Wind River Workbench，并提供更好的调试、性能分析和代码生成等功能。更高的模块化和可定制性：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，从而进一步优化资源使用和性能。支持新兴通信技术：随着 5G 及更高版本等新兴通信技术和标准的出现，VxWorks 可能会扩展其网络协议栈以包含对这些新技术的支持，从而确保与未来通信网络的无缝集成。
VxWorks RTOS 的使用、可用性、许可和定价详情 #
VxWorks RTOS 是一款非常流行的 RTOS，它具有许多特性，因此让我们详细讨论一下如何使用它。
VxWorks RTOS 的使用和可用性详情 #
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、其特性和许可选项的更多信息。Wind River Systems 还提供 VxWorks RTOS 的免费试用版，可以从其网站下载用于评估。此外，该公司还提供支持和培训服务，以帮助用户开始使用 RTOS 并使用 VxWorks 开发实时嵌入式应用程序。
VxWorks RTOS 的许可详情 #
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、部署选项和支持要求。Wind River Systems 提供灵活的许可选项，以满足各种用户的需求，包括永久许可、期限许可和订阅许可。该公司还为特定的应用程序或项目提供定制的许可选项。感兴趣的用户可以直接联系 Wind River Systems，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，Wind River Systems 还提供 VxWorks RTOS 的免费试用版，可以在购买完整版之前用于评估。
VxWorks RTOS 的定价详情 #
VxWorks RTOS 的定价取决于多个因素，例如席位数、部署选项和支持要求。Wind River Systems 提供灵活的定价选项，以满足各种用户的需求，包括永久许可、期限许可和订阅许可。该公司还为特定的应用程序或项目提供定制的定价选项。感兴趣的用户可以直接联系 Wind River Systems，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，可以从其网站下载用于评估。VxWorks RTOS 的价格不公开，因为它取决于每个用户的具体要求。
VxWorks RTOS 的下载详情 #
如果您正在寻找 VxWorks RTOS 完整版的免费下载，很遗憾，它不提供免费版本。但是，VxWorks RTOS 的开发商 Wind River Systems 确实提供该软件的免费试用版以供评估。试用版允许用户访问 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，未经从 Wind River Systems 购买有效许可证，不得用于商业或生产用途。虽然 VxWorks RTOS 的完整版不提供免费下载，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功能和特性的机会。