VxWorks之认识2

 

5.文件系统

VxWorks提供了强大的本几文件系统供使用。提供了与MS-DOS兼容的FAT32文件系统，另外还提供支持硬盘、CD-ROM、磁带设备和FLASH的文件系统，并且在一个VxWorks系统中，允许多个文件系统同时存在。VxWorks文件系统中，文件名可以设成是大小写敏感的，并且长度不限于DOS中的8+3。

VxWorks中，文件的读写接口是标准接口：fopen(), fclose(), fread(), fwirte(), fseek()。

VxWorks支持磁带文件系统，对于磁带，其实是被看成一个大文件来读写，没有文件夹。所有对该文件的操作都是从磁带起始位置开始的。

另外VxWorks提供的TrueFFS文件系统，是支持FLASH设备的；VxWorks提供的TSFS文件系统，是支持 网络功能的，它可以用来实现和Tornado服务器程序通信，从而在服务器上存取本机文件。

 

 

6．网络功能（需要再看network program 文档）

VxWorks的网络功能是通过socket来实现的，它提供了与BSD一致的socket接口。即socket(), read(), write(), close(),connect()等。并且同样可以使用TCP或UDP协议作为传输层的传输协议。所谓socket就是对TCP或UDP协议、IP地址和端口的绑定，它是唯一的。

VxWorks的网络功能也是很强大的，它提供的网络驱动接口MUX，运行在IP层和数据链路层之间，从而用户可以在MUX中加进自己的协议，并且用户还可以增加自己的网络驱动。VxWorks的网络功能主要包括下面的内容：

（1）       数据链路层

（2）       TCP/IP协议族

（3）       网络配置协议族

（4）       选路协议

（5）       SOCKET API接口

（6）       DNS（域名解析系统）

（7）       简单时间传送协议和远程进程调用

（8）       远程文件的存取和PING、TELNET功能

   

     下面详细讲述各部分内容：

（1）      数据链路层

        数据链路层是硬件驱动层，它是上层协议的基础，VxWorks给数据链路层提供了三种驱动：以太网驱动；SLIP（串行线协议驱动）；共享内存网络驱动。其PPP协议的实现包括：PAP（PPP认证协议）、IPCP（PPP以太网控制协议）和PPP协议。它所实现的PPP协议有下面的特点：

①     客户端和服务器连接功能的支持；

②     有16个PPP连接可以被同时激活；

③     可以指定控制字符以免被底层MODEM软件误解；

④     VJ压缩功能，可以把40 bytes的TCP/IP头压缩至3～8bytes；

⑤     PPP协议的地址控制和协议字段同样有压缩功能；

⑥     具有PPP连接状态查询功能，这样用户可以监测PPP连接；

⑦     IP地址协商功能，一个主机可以通过协商为另一个主机分配IP地址；

⑧     具有数据回显和数据应答功能；

⑨     用户可以为PPP的连接和断开设置钩子函数，这样用户就可以知道每一个PPP连接和断开的过程；

⑩     提供了握手认证协议和口令认证协议功能以及代理服务器路由功能。

它的不足之处是：

最多只有16个PPP连接；并且驱动是串口驱动，没有提供对MODEM或者以

太网卡驱动的支持；只支持标准的CHAP（客户握手认证协议）而不支持微软的扩展CHAP，如果想要支持扩展CHAP，只有使用WindNet的PPP产品。

      SLIP和PPP协议都是用于两台终端之间的互相通信，但它们各有优缺点，如下表所示：

 

协议 功能	SLIP	PPP
效率	高	低
支持上层协议	IP	IP及用户自定义
可扩展性	差	好
错误校验	无	有（CRC 校验）
对连接的管理	无	有，可对主机之间的连接进行管理，例如修改选项和身份认证等，选项协商为主机之间修改各自的选项提供了机会，例如，一台主机可以通过PPP协议协商来限制另一台主机的PPP连接数目

 

需要注意的是，PPP所提供的身份认证功能，客户端会不停的向服务器端发送

ID/PASSWORD直到通过了认证或者连接中止，并且密码是以明文方式发送的，这样对于重复攻击没有防御能力。而CHAP协议具有更好的安全性，它是需要客户端通过哈希算法根据一定的数据算出一个值，发送到服务器端，服务器把该值与自己计算的值相比较，从而决定能否通过认证。

         另外，VxWorks还提供了DES加密算法包，可对用户密码进行加密，这样为认

证过程又提供了安全性。用户还可以调用usrPPPInit()来重新配置PPP结构中的选项，例如可以设置建立一个PPP连接的超时时间。用户调用pppInit()也可以达到同样的目的，与usrPPPInit()不同的是，pppInit()可在运行时调用，其传入的参数是一个PPP_OPTIONS的结构，修改其中相应的字段即可修改PPP连接参数。或者用户也可以修改配置文件来修改PPP参数。

     VxWorks向用户提供了众多的参数供修改：是否显示调试信息；是否在协商IP地址成功后，把对方添加进路由表；是否允许IP地址协商功能；是否使用密码数据库作为密码认证。另外，用户可以调用pppInfoGet()来判断一个PPP连接是否成功，有两种途径来删除一个PPP连接：

从对方主机接收到一个断开请求的数据包；调用pppDelete()。

值得注意的是，重启机器或者删除一个任务并不会断开一个PPP连接，而只会断开TCP/IP的连接。

VxWorks对于PPP的默认设置是，只能作为客户端发送认证信息，而不能作为服务器来验证用户的认证请求。当然用户可以修改默认参数。

VxWorks还提供共享内存网络驱动作为同一台主机上的多个CPU间的通信手段，作为同一台主机上的多个CPU，都有一个单独的IP地址，都可以单独与网络上的其它主机通信，同样，多个CPU之间也可以使用SOCKET互相通信。    

 

（2）      TCP/IP协议族

TCP/IP协议运行于链路层之上，VxWorks除提供对TCP/IP的标准支持外，还有自己的特点。在VxWorks中，TCP/IP参数可以在运行时修 改   ，用户可以手动修   改路由表，通常在系统中，这是由选路协议自动修改的。VxWorks提供的可修改的TCP/IP部分参数如下表所示：

 

 

 

参数宏	意义
TCP_SND_SIZE_DFLT	TCP默认发送缓存大小
TCP_RCV_SIZE_DFLT	TCP默认接收缓存大小
TCP_CON_TIMEO_DFLT	TCP默认连接超时时间
IP_TTL_DFLT	IP包的最大HOPS数目
IP_QLEN_DFLT	IP包的队列大小（即最多可同时存放多少个IP包）

 

    VxWorks提供的众多参数为开发者提供了最大的灵活性，但是用户在修改TCP的接收窗口大小(Window size)时，必须在调用connect()或listen()之前，因为窗口大小是在调用connect()时协商决定的，所以如果在调用之后修改数据包窗口大小，就没有任何作用，因为这时窗口大小已协商完毕。VxWorks默认的接收窗口大小是258,111 bytes，当接收缓存满时，window size自动变为0。此外，VxWorks提供的丰富的接口又为开发者提供了便捷，部分函数如下图所示

函数名	功能
ipAttach()	绑定一个IP地址到本机
ipDetach()	去处绑定的IP地址
ifMaskSet()	设置子网掩码
MRouteAdd()	添加路由
mRouteDelete()	删除路由

 

VxWorks默认包含四个协议模块：TCP、UDP、ICMP、IGMP，用户也可以根据自己的需求添加或减少协议。TCP和UDP都是传输层的协议，但是它们有很大的不同，如下表所示：

协议 特征	TCP	UDP
传输形式	字节流	数据报文
开销	大	小
可靠性	好	差
传输数据前是否需要建立连接	需要	不需要

 

VxWorks中协议栈所用的内存空间是单独分配的，是以扇区的形式分配的。每个扇区的大小和扇区的总数决定了协议栈所用的内存大小。它是存放在表clDescTbl中的，用户可以修改它。而且VxWorks提供了多种扇区，如64 bytes大小的，128 bytes大小的等。用户也可以指定自己的扇区大小，但是不能有两种扇区，它们的大小在2的两个连续幂之间，如34和49不能同时指定，因为它们都位于32和64之间。

 

VxWorks用mBlk和cBlk结构来存放协议栈所用的数据。mBlk结构变量以链表形式存储，这样只用知道链表头，就可以得到全部数据。mBlk结构中包含一个cBlk结构变量，从而多个mBlk结构可以共享一个cBlk，进而共享其数据，这样提高了数据传输的效率，而不用拷贝。使用cBlk结构而不直接使用指针存储数据的好处是，cBlk结构中保含了一个变量，用来记录有多少mBlk公用了它，从而在释放其数据空间时可以相应处理。如果cBlk被引用的数目减少到0，那么它将自动被从内存中删除。

用户还可以调用netMblkClChainGet()来分配一个mBlk块，并设定其内容，在用户使用完该块后，调用netMblkClChainFree()来释放它。

VxWorks还提供了ping功能，接口函数是ping(主机名，次数，选项)。用来查看和远程的主机是否可以连通。如果ping发送的数据包无法到达目的主机，那么接收到该数据包的最后一个路由将返回一个ICMP错误报文。

在VxWorks中，除调用API接口来绑定IP到本机、设置子网掩码等外，还可以从boot行设定，格式是：e = IP:子网掩码

对于广播地址，VxWorks有两种认定，IP地址中，除子网掩码外的所有bit均为1或0。但RFC标准规定的是应该全为1，VxWorks这样作是为了和一些老的系统相兼容。

路由表中的条目可以分为三种：本机路由，静态路由和由RIP协议动态添加的路由。用户可以调用routeProtoPrioritySet()来设定各种路由的优先级。

VxWorks还为用户提供了ARP 代理服务器功能，该代理服务器在接收到子网内的ARP请求时，会修改该ARP数据包，把自己的物理地址写进去，再以广播形式发送。

另外，VxWorks不支持二级代理功能。用户可以调用proxyPortFwdOn()来设定UDP协议的广播端口，可以调用proxyPortFwdOff()来关闭该广播端口。

在VxWorks中，用户有两种方法在一个子网内分配IP地址：手动和自动(包含INCLUDE_SM_SEQ_ADDR宏)。采用自动方式时，除了Server外的其它机器的IP地址从Server的IP地址开始依次累 增。VxWorks还提供了网络字节排序（低字节在前，高字节在后）和主机字节排序（相反）的转换宏。

 

（3）      网络配置协议

VxWorks提供对包括BOOTP、DHCP和SNMP协议的支持。DHCP协议和BOOTP协议都可以为主机分配IP地址，但是DHCP是动态分配IP地址的，而BOOTP分配的地址是固定不变的。

BOOTP服务器有自己的数据库文件，内容是：BOOT目录和BOOT时所传输的启动文件；可以从本服务器BOOT的主机IP地址、物理地址，主机名和子网掩码。当一台客户端主机向本服务器发送BOOT请求时，服务器首先根据其物理地址从数据库中查找匹配的条目，如果找到，那么判断该主机有无IP地址，如果没有则给它分配相应的IP地址；如果没有找到匹配条目，那么丢弃该请求。服务器在查找BOOT文件时，首先根据 文件名.主机名来查找文件，如果没有找到，则查找文件名文件，如找到则发送该文件。

DHCP服务器不仅可以接收DHCP消息，而且还可以接收BOOTP消息，VxWorks对DHCP的实现，在客户端主机IP地址改变时，DHCP服务器必须重新连接主机，否则会导致连接中断，解决的办法是，用户可以配置DHCP，使它可以为主机分配永久IP地址。

VxWorks为用户提供了接口dhcpOptionSet()来修改DHCP的参数，比如IP地址保持不变的最短和最长时间。另外，DHCP动态分配的IP地址优先级低于用户自己手动分配的IP地址。用户调用dhcpBind()来给各主机分配IP地址。VxWorks实现的SNMP协议支持标准的管理信息库（MIB），个人也可以扩展该库。

 

（4）      选路协议

         VxWorks提供对RIP、OSPF选路协议的支持，RIP协议的缺点是TTL数不能超过15，     这在现在某些情况下是不够使用了。OSPF则没有此限制，但是OSPF的复杂性使得配

置OSPF服务器变得很麻烦。

用户可以调用ripRouteShow()函数来显示路由信息。该函数可以打印以下信息：

被数据包广播到的路由；

接力传送该数据包的路由；

相应的子网掩码；

该路由的超时丢弃数据包值；

标志值。

 

（5）      socket API接口

    VxWorks提供和BSD一致的Socket接口，而且，在VxWorks中，socket不仅可以用来实现以太网上不同主机的任务之间的通信，还可以用来实现本机任务之间的通信。

多播功能是属于IP层的，但是一般应用使用UDP来实现它。VxWorks提供的多播接口包括：mCastSend(), mCastRcv()。主机要接收/发送多播数据，必须首先加入该多播组。

VxWorks提供的zbuf-Socket接口，使得应用程序和网络层之间无需拷贝数据，而只是简单的移动指针即可。这样提高了系统效率，降低了开销，实际上，zbuf-socket的缓存是以字符串指针数组的形式存放的。

 

（6）      DNS

VxWorks提供对DNS的支持。用户可以调用hostAdd()手动添加域名和地址的映

射，可以调用hostShow()查看主机名和IP地址的映射表。可以调用resolvGetHostByName()函数来根据主机名获得相应的IP地址，可以调用resolvGetHostByAddr()函数来根据IP地址来获得相应的主机名。

 

（7）      SNTP和RPC

VxWorks提供对SNTP协议的支持，它可以用于客户端来查询其它机器上的时

间，或者服务器向其它主机提供时间。另外，RPC（远程进程调用）功能只能在任务中使用，每个任务在调用RPC之前都必须调用rpcTaskInit()函数。

 

（8）      远程文件存取和telnet

VxWorks提供的远程文件存取功能所使用的协议是RSH和FTP。另外用户也可以

使用NFS（网络文件系统）来实现文件的传输。其不同点是：RSH/FTP协议使用netDrv驱动，在传送文件时会把整个文件传送过来，存在本机内存中，用户修改完文件后，再传送回去；而NFS使用nfsDrv驱动，它只把用户要修改的部分传送过来，修改完后传送回去，提高了效率。

用户可以把本机配置成为FTP服务器，可设定登录密码。VxWorks提供telnet功能，但是telnet的目的主机也必须是运行的VxWorks系统。

 

 

7．对任务的实时监控    

       VxWorks提供了对系统的实时监控（Spy）功能，它可以提供每个任务运行所耗时间信息、系统所花在中断上的时间信息以及CPU的空闲时间等，其单位是时钟周期，并可以以百分比的形式显示。更强大的监视工具(仿真器)是WindView，用于程序调试。

这样可以帮助用户分析各个任务以及中断的执行状态是否正常。

 

  

8．BSP模块的支持    

       BSP模块主要用于系统的初始化，包括硬件的初始化、加载系统库并加载应用程序从而运行整个系统等，它可以被掩膜到ROM中，从而不会被修改。另外，sysLib和sysAlib是必须加载的，因为它们提供了对各种硬件目标板的支持，他们包括了硬件初始化、中断处理、硬件时钟和定时器管理、内存的映射和大小改变功能等。

 

 

9．多CPU的支持

   VxWorks的一个特点就是对于多CPU有较好的支持，运行在多个CPU上的任务可以通信，这是由VxMP模块实现的，采用共享信号量和共享消息队列以及共享内存管理的方法。采用共享信号量可以同步不同CPU上的多个任务，就像在本机上使用一样。采用共享消息队列可以让在不同CPU上的任务之间交换数据。采用共享内存可以让在不 同CPU上的任务之间共享数据。

 

 

10．系统灵活性强

     VxWorks强大的灵活性体现在它的各个功能模块都是单独的库，可以根据需要在运行时动态加载。比如任务管理库是taskLib，信号量库是semLib，中断管理库是sysLib和intLib,网络库是sockLib，I/O库是ioLib等，这些库可以根据需要在运行时动态加载、卸载，从而增强的系统的灵活性，节省了系统空间。

 

11. 其他

VxWorks还有其他操作系统所共有的功能，为开发者提供了方便。比如看门狗功能，可以在系统进入死机状态时，给用户以处理的机会。

 

 

 

   二．Tornado集成开发环境

           WindRiver公司随VxWorks操作系统提供了配套的Tornado集成开发环境，Tornado

开发环境具有使用方便、功能全面的优点。

       在新建工程的时候，tornado IDE提供向导功能，用户可以设定内核域和应用域的

属性。

    另外，tornado仿真器提供了强大的调试功能，可用来调试VxWorks的程序。它提

供了网卡、串口或者PIPE（管道）来下载程序到目标板上调试。在程序下载到目标板上时，用户在命令行输入progStart即可以运行程序；在调试过程中，用户可以设置断点，可以单步调试，查看变量的值；利用tornado仿真器可以实时查看内存的使用状况，在查看内存使用状况时，用户应该点击“BROWSER”按钮，然后右键点击“内存分区”，选择“类型查看”，即可以看到内核域和应用域的内存数据；而且，还可以查看各任务的运行情况，包括：当前运行状态、切换过程、切换原因、运行时间、CPU空闲时间等，并已图表形式显示（只用在IDE中点击WindView按钮，即可进入任务监控界面，在点击“GO”按钮后，仿真器开始搜集任务数据，过几秒钟，可以点击“UPDATE”按钮更新所收集的数据，当看到存放数据的buffer已经有一半有数据时，即可点击“STOP”按钮停止数据的收集，在上载数据返回至主机前，用户应该在命令行输入progStop命令，停止程序的运行，然后点击“UPLOAD”按钮上载数据，然后仿真器即可以以图表的形式显示任务状态。

 

 

 

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