VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的定制方法

中國(guó)科學(xué)院軟件研究所 李麗穎 李彥峰山東農(nóng)村信用社聯(lián)合社 韓廣志金陵科技學(xué)院 苗麗娟

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VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的定制方法

中國(guó)科學(xué)院軟件研究所 李麗穎 李彥峰
山東農(nóng)村信用社聯(lián)合社 韓廣志
金陵科技學(xué)院 苗麗娟

【摘要】VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)具有良好的可裁剪性和可擴(kuò)展性，在Tornado集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下，開(kāi)發(fā)者可以根據(jù)應(yīng)用程序的需要，選擇VxWorks系統(tǒng)的組成。利用Tornado定制VxWorks的方法，簡(jiǎn)單方便，但具有局限性——不能擴(kuò)展組件選項(xiàng)、不能修改組件源碼、不能細(xì)粒度裁剪等。針對(duì)以上缺陷，本文系統(tǒng)地提出一種定制VxWorks的方法，包括對(duì)VxWorks的擴(kuò)展、修改、裁剪，操作簡(jiǎn)便、安全可靠。

【關(guān)鍵詞】VxWorks映像編譯；組件靜態(tài)庫(kù)庫(kù)編譯；cdf文件規(guī)則；細(xì)粒度裁剪

0　引言

VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)采用精心設(shè)計(jì)的三層結(jié)構(gòu)——最小內(nèi)核、基本內(nèi)核和基本操作系統(tǒng)，以簡(jiǎn)潔的微內(nèi)核作為最底層，逐層擴(kuò)展到完整的VxWorks配置。因此，VxWorks具有良好的可裁剪性和可擴(kuò)展性，開(kāi)發(fā)者可以根據(jù)應(yīng)用程序的需要選擇VxWorks系統(tǒng)的組成。尤其在Tornado集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下，開(kāi)發(fā)者在界面中的VxWorks選項(xiàng)卡中，exclude不需要的組件，include需要的組件，即可達(dá)到定制系統(tǒng)的目的，操作簡(jiǎn)單方便。

但是，以上定制方法也具有局限性。使用Tornado界面操作時(shí)，只能在現(xiàn)有選項(xiàng)的基礎(chǔ)上include或exclude組件，不能在界面中添加新的組件選項(xiàng)，用戶(hù)定制系統(tǒng)的自由性被局限；VxWorks映像生成所需要的組件都是以預(yù)先編譯好的靜態(tài)庫(kù)的形式存在的，修改、裁剪組件對(duì)應(yīng)的源碼，并不會(huì)對(duì)VxWorks映像產(chǎn)生影響；如果通過(guò)重新編譯靜態(tài)庫(kù)的方式實(shí)現(xiàn)修改組件源碼，需涉及makefile、rules.library、rules.bsp等多個(gè)編譯文件的使用，難度大、步驟多，且手動(dòng)編譯的靜態(tài)庫(kù)穩(wěn)定性、安全性難以保障；無(wú)論是downloadable型工程還是bootable型工程，默認(rèn)編譯選項(xiàng)下生成的文件都過(guò)大。

鑒于現(xiàn)有VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)定制方法的缺陷，本文提出一種對(duì)VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展、修改、裁剪的定制方法。此方法操作簡(jiǎn)單方便，保證定制靈活性的同時(shí)，兼顧安全性、穩(wěn)定性。

1　Tornado編譯VxWorks映像的基本原理

1.1Tornado編譯VxWorks映像的流程

在Tornado集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下編譯VxWorks映像時(shí)，首先新建一個(gè)bootable型工程，則在“Files”選項(xiàng)卡中會(huì)按默認(rèn)配置、自動(dòng)生成prjConfig.c、linkSym.c等源文件；在界面中的VxWorks選項(xiàng)卡中，用戶(hù)根據(jù)項(xiàng)目需要，exclude不需要的組件、include需要的組件；點(diǎn)擊“rebuild all”，則Tornado會(huì)根據(jù)當(dāng)前組件選擇，以00vxWorks.cdf、00bsp.cdf文件為規(guī)則，修改prjConfig.c、linkSym.c等源文件的源代碼，然后編譯鏈接。編譯鏈接過(guò)程中，prjConfig.c、linkSym.c等源文件首先被編譯為o格式目標(biāo)文件，然后與已經(jīng)編譯好的libXXX.a庫(kù)鏈接，生成VxWorks映像。

生成VxWorks映像所需要的組件源碼，全部來(lái)源于預(yù)先編譯好的靜態(tài)庫(kù)libXXX.a。prjConfig.c、linkSym.c等源文件，只是根據(jù)用戶(hù)選擇調(diào)用了所需組件的初始化函數(shù)，以提示連接器從靜態(tài)庫(kù)libXXX.a中，選擇需要的o文件鏈接到VxWorks映像。因此，靜態(tài)庫(kù)libXXX.a非常重要，下面詳細(xì)闡述。

1.2靜態(tài)庫(kù)的重要作用

在tornado編譯bootable型工程前，Tornado argetlib文件夾里的libXXX.a文件已經(jīng)編譯好，它是由src文件夾里的.c源文件、遵循rules.library等編譯文件的規(guī)則編譯、鏈接而成的，里面包含了VxWorks支持的全部庫(kù)函數(shù)。

libXXX.a是預(yù)先編譯好的、不變的，它內(nèi)部哪些.o文件會(huì)參與鏈接生成VxWorks，是由prjConfig.c、linkSyms. c這些生成代碼直接決定的。比如，memPartLib.o已鏈接在libSPARCgnuvx.a中，如果界面中選擇了組件“minimal memory allocator”，則會(huì)在prjConfig.c文件中生成調(diào)用函數(shù)memPartLibInit()的代碼；鏈接器查找每個(gè).o文件的符號(hào)表，發(fā)現(xiàn)memPartLibInit()函數(shù)是在memPartLib.o中實(shí)現(xiàn)的，就會(huì)把memPartLib.o文件鏈接進(jìn)VxWorks映像。

1.3基于Tornado編譯原理的定制方法概述

通過(guò)以上分析可知：由cdf文件規(guī)則生成prjConfig. c、linkSyms.c代碼的原理，可以實(shí)現(xiàn)Tornado界面中組件選項(xiàng)的擴(kuò)展、修改；利用Tornado集成開(kāi)發(fā)環(huán)境對(duì)VxWorks裁剪的支持，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)VxWorks映像的粗粒度裁剪；根據(jù)a格式靜態(tài)庫(kù)的編譯原理與作用，可以完成對(duì)VxWorks映像的細(xì)粒度裁剪。下面幾個(gè)小節(jié)將分別介紹，應(yīng)用這些原理實(shí)現(xiàn)定制VxWorks映像的方法。

2　基于Tornado編譯原理的細(xì)粒度裁剪方法

VxWorks的可裁剪性特點(diǎn)使開(kāi)發(fā)者可以根據(jù)自己應(yīng)用程序的需要，在Tornado的VxWorks選項(xiàng)卡中，include需要的組件，exclude不需要的組件，達(dá)到對(duì)VxWorks粗粒度裁剪的目的。但是，這樣的裁剪方法也具有局限性：某個(gè)組件，只能整體保留或刪除，不能選擇性保留一個(gè)模塊中的部分代碼。所以，有必要對(duì)VxWorks映像進(jìn)行細(xì)粒度裁剪。

2.1細(xì)粒度裁剪的意義

tornado新建的bootable型映像，一般包含prjConfig. c、linkSyms.c、usrAppInit.c等文件。在組件選項(xiàng)中，不同的選擇方式會(huì)在prjConfig.c和linkSyms.c中生成不同的代碼。這些代碼調(diào)用了哪些函數(shù)，在鏈接生成vxWorks映像時(shí)，會(huì)從libXXX.a中選擇這些函數(shù)所在的.o文件，把整個(gè).o文件鏈接進(jìn)vxWorks映像。

有一些函數(shù)，比如fioLib.c文件中的sprintf()函數(shù)，是一個(gè)非常常用的函數(shù)。但是，同樣在fioLib.c中的scanf()函數(shù)用戶(hù)就有可能不使用。但是，fioLib.o會(huì)作為一個(gè)整體從libSPARCgnuvx.a中被鏈接到vxWorks映像中，造成vxWorks映像體積有一些沒(méi)必要的增加。

如果能把fioLib.c文件中的scanf()等不使用的函數(shù)刪除，然后編譯成.o，再鏈接進(jìn).a，那么bootable型映像編譯鏈接時(shí)，就能避免把沒(méi)必要的函數(shù)加入映像，起到體積裁剪的效果。所以，函數(shù)級(jí)裁剪時(shí)非常必要的，如果對(duì)適合的文件做函數(shù)級(jí)裁剪，效果是非常顯著的。

2.2細(xì)粒度裁剪的流程

以fioLib.c文件的函數(shù)級(jí)裁剪為例：

（1）在fioLib.c文件中裁減掉不適用的函數(shù)。

（2）用downloadable型工程，編譯fioLib.c文件，生成fioLib.o。

注意：必須手工修改編譯選項(xiàng)“-g”為“-O3”

（3）使用命令行，把libSPARCgnuvx.a中原來(lái)的fioLib.o替換為已經(jīng)裁剪的fioLib.o。

使用命令為：ar -r libSPARCgnuvx.a fioLib.o

（4）重新編譯bootable型映像，會(huì)發(fā)現(xiàn)映像變小了，說(shuō)明裁剪有效。

2.3細(xì)粒度裁剪的效果演示

2.3.1memPartLib.c的裁剪：減小3.6%

首先，做內(nèi)存的細(xì)粒度裁剪。vxWorks內(nèi)存文件已經(jīng)分為memPartLib.c和memLib.c，對(duì)應(yīng)著tornado組件選項(xiàng)中的“minimal memory allocator”和“full featured memory allocator”。其中，memLib.c在粗粒度裁剪中已經(jīng)被exclude。

由此可見(jiàn)，memPartLib.c已經(jīng)是一個(gè)很基本、小巧的內(nèi)存管理文件了，可裁剪掉空間不大。對(duì)memPartLib. c做函數(shù)級(jí)裁剪時(shí)，去掉了可以創(chuàng)建多個(gè)分區(qū)的功能，即memPartCreate()和memPartDestroy()兩個(gè)函數(shù)，其他函數(shù)必須保留。經(jīng)過(guò)這個(gè)裁剪后的效果如下：

裁剪前　裁剪后　減小比例memPartLib.c　6,989　6,736　3.6%

2.3.2fioLib.c的裁剪：減小45.2%

由于memPartLib.c文件的裁剪效果不明顯，不能體現(xiàn)函數(shù)級(jí)裁剪的必要性，所以又做了fioLib.c文件的裁剪。fioLib. c是格式化輸入輸出模塊，在tornado中include組件“formatted IO”，會(huì)自動(dòng)include組件“IO system”（對(duì)應(yīng)文件為ioLib.c）。

fioLib.c文件裁剪前比較大（14KB），且各個(gè)函數(shù)間耦合性弱，許多函數(shù)用戶(hù)并不需要，所以此文件裁剪空間比較大。裁減掉了sscanf()函數(shù)相關(guān)的函數(shù)（如下圖所示），printf()、sprintf()、fioRead()、fioRdString()等函數(shù)仍然可以正常使用。

裁剪后的效果，如下表所示：

裁剪前　裁剪后　比較fioLib.o大小　14KB（13,418）　8KB（7,349）　減小比例45.2% vxWorks大小　92KB（93,249）　88KB（89,294）　減小比例4.2%

3　總結(jié)

本文在明確Tornado編譯VxWorks映像原理的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述了擴(kuò)展組件選項(xiàng)、粗粒度裁剪、細(xì)粒度裁剪的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)VxWorks定制的方法。既保障了操作的簡(jiǎn)便性、靈活性，又保障了VxWorks映像的安全性、穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

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李麗穎（1987-），女，黑龍江齊齊哈爾人，碩士研究生，助理工程師，研究方向：操作系統(tǒng)分析與優(yōu)化。

作者簡(jiǎn)介：