VxWorks операційна система реального часу ОСРЧ що розробляється компанією США власність фірми орієнтована на використанн

VxWorks — операційна система реального часу (ОСРЧ), що розробляється компанією (США) (власність фірми ), орієнтована на використання у вбудованих комп'ютерах, що працюють у системах жорсткого реального часу. VxWorks є системою з крос-засобами розробки прикладного програмного забезпечення. Інакше кажучи, розробка відбувається на інструментальному комп'ютері, званому host, для подальшого застосування його на цільовій машині — target.

VxWorks
Логотип VxWorks в ASCII-графіці
Розробник
Родина ОС	UNIX-подібна
Робочий стан	Актуальне
Вихідна модель	Закритий код
Останній випуск	7 / березень 2014 р.
Тип ядра	Монолітне ядро
Ліцензія	EULA
www.windriver.com

Як і більшість інших ОС реального часу, VxWorks включає в себе багатозадачне ядро з витісняючим планувальником і швидким відгуком на переривання, засоби міжпроцесної взаємодії і синхронізації, а також файлову систему і мережеву підсистему (стек протоколів (TCP/IP)). У комплект поставки входять засоби для крос-компіляції, ^[en] (), віддаленого символьного налагодження, а також емуляції різних процесорів. Додатково поставляється значна кількість різних стеків протоколів, графічних підсистем та ін. як від самої Wind River Systems, так і від третіх фірм. Множина підтримуваних VxWorks вбудованих платформ є однією з найбільших серед операційних систем реального часу.

Історія

Назва VxWorks, як вважається, вийшло із гри слів з назвою ОС створеної компанією (зараз цей продукт належить Mentor Graphics). На початку 1980-х VRTX була досить новим і сирим продуктом, вона працювала не дуже добре. VRTX мала розмір всього 4 КБ, і її не можна було використовувати як повноцінну операційну систему. Компанія Wind River придбала права на розповсюдження розширеної версії VRTX під назвою VxWorks. Доробки і розширення, внесені компанією WindRiver, дозволили створити систему, яка працювала (наприклад, VXWorks мала файлову систему і інтегроване середовище розробки). Таким чином, назва VxWorks може означати англ. VRTX now Works («VRTX тепер працює») або англ. VRTX that Works («VRTX, яка працює»).

Коли стало зрозуміло, що Ready Systems може розірвати контракт на розповсюдження VRTX, в Wind River було розроблено власне ядро операційної системи, яке замінило VRTX. Базова функціональність нового ядра VxWorks була такою ж, як у VRTX.

Архітектура

VxWorks має архітектуру клієнт-сервер і, як і більшість ОС жорсткого реального часу, побудована за технологією мікроядра. На найнижчому неперервному рівні ядра (WIND Microkernel) виконуються тільки базові функції планування завдань і керування комунікацією і синхронізацією між завданнями. Всі інші функції ОСРЧ більш високого рівня — керування пам'яттю, мережеві засоби і т. д. — реалізуються через прості функції нижнього рівня. За рахунок такої ієрархічної організації досягається швидкодія і детермінованість ядра системи, також це дозволяє легко будувати необхідну конфігурацію операційної системи.

VxWorks можна скомпонувати як для систем з жорсткими апаратними обмеженнями, так і для систем з розвиненою функціональністю. Окремі модулі системи самі можуть бути масштабованими. При збірці системи можна відключати певні функції системи, непотрібні в цей час, також можна прибирати специфічні ядерні об'єкти синхронізації, якщо в них немає необхідності.

Але, попри те, що система є конфігурована, не можна сказати, що в ній реалізований компонентний підхід, тому що всі модулі побудовані над базовим ядром і не можуть бути використані в інших середовищах.

Ядро VxWorks володіє такими властивостями:

кількість завдань обмежується тільки пам'яттю;
має 256 рівнів пріоритетів завдань;
планування завдань організовано двома способами: витіснення за пріоритетами і циклічне;
взаємодія задач відбувається через черги повідомлень, семафори, події та канали (для взаємодії між процесами), сокети і віддалені виклики процедур (для мережевої взаємодії), розподіл пам'яті (використовується для розділення даних) і сигнали (для керування винятковими ситуаціями);
забезпечується кілька видів семафорів для керування критичними системними ресурсами — програмні, обчислювальні й взаємовиключні з пріоритетним спадкуванням;
можливо детерміноване перемикання контексту.

Планування

У VxWorks забезпечуються і механізми планування, засновані на POSIX і власні механізми планування (wind scheduling). Обидва варіанти володіють витісняючим і циклічним плануванням. Відмінність полягає в тому, що алгоритми POSIX-планування застосовуються попроцессно, а wind scheduling застосовується на рівні всієї системи.

Усі завдання системи та програми в VxWorks використовують один адресний простір, що може призвести до порушення стабільності роботи системи у випадку несправності будь-якої програми. Вирішення цієї проблеми досягається установкою окремо наданого компонента , який дає можливість кожному процесу використовувати свій власний віртуальний простір.

Переривання

Для досягнення швидкої обробки зовнішніх переривань, програми ( — interrupt service routines) в VxWorks працюють у спеціальному контексті поза контекстами потоків, що дає перевагу в часі, який зазвичай витрачається на перемикання контекстів. C-функція, яку користувач приєднує до вектора переривання, насправді не є фактичною ISR. Переривання не можуть безпосередньо звертатися до С-функцій. Замість цього в таблиці векторів переривань, яка викликається апаратно, запам'ятовується адреса ISR. ISR виконує початкову обробку (підготовку стека і збереження регістрів), а потім викликається С-функція, яка була приєднана користувачем.

Мережеві засоби

VxWorks володіє такими мережевими засобами:

TCP / UDP / ICMP / IP (IPv4 та IPv6) / ARP,
SLIP / CSLIP / PPP,
Sockets,
telnet / rlogin / / ,
ftp / tftp / bootp,
NFS (клієнт і сервер).

У мережеві засоби VxWorks входять також функції, необхідні при розробці пристроїв, що підключаються до Internet:

IP multicasting рівня 0,1 або 2;
long fat pipe;
CIDR (Classless Inter-Domain Routing);
DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) в конфігураціях сервер, клієнт і Relay агент;
DNS client (Domain Naming System);
(Simple Network Time Protocol).

VxWorks підтримує такі протоколи маршрутизації:

Routing Information Protocol (RIP) v1/v2
OSPF (Open Shortest Path First) версії 2.

У стандартну поставку VxWorks входить протокол RIP, протокол OSPF поставляється як додатковий продукт.

VxWorks підтримує протокол SNMP (Simple Network Management Protocol) як версії v1, так і версії v2c. Компілятор MIB (Management Information Base) підтримує об'єкти MIB-II і розширення.

Стандартним інтерфейсом для підключення їх переносимих мережевих протоколів до операційних систем є інтерфейс STREAMS. Під VxWorks можна інсталювати будь-який протокол, який має STREAMS-реалізацію: як стандартний SPX / IPX, , AppleTalk, SNA, …), так і спеціалізований. ОС VxWorks підтримує STREAMS версії UNIX System V.4.

Додаткові мережеві можливості: програма WindNet

У 1994 році Wind River Systems анонсували програму WindNet, по якій декілька фірм-виробників програмних засобів в області комунікацій інтегрували свої програмні продукти з VxWorks, тим самим забезпечивши підтримку (це неповний перелік)

мережевих протоколів: X.25, ISDN, ATM (технологія), SS7, Frame relay та OSI;
CASE-засобів розробки розподілених систем на базі стандартів (Real-Time Object Oriented Modelling) і CORBA (Common Object Request Broker Architecture);
менеджмент мереж за технологіями (Management By Delegation) і CMIP / (Common Management Information Protocol / Guidelines for Definition of Managed Objects).

Файлова система

У VxWorks підтримуються такі файлові системи

MS-DOS-Compatible File System:
Raw File System:
Target Server File System:
Network File System: NFS
ISO 9660 (CDROM File System)
Tape File System:
CIFS / SMB

Підтримка симетричного та асиметричного мультипроцесингу

Мультипроцесорна система реального часу, з точки зору програмного забезпечення, буває двох видів: асиметрична () і симетрична SMP (Symmetrical MultiProcessing). При асиметричному мультипроцесингу ASMP кожен мікропроцесор, а в разі багатоядерного мікропроцесора — кожне процесорний ядро виконує свій власний екземпляр ОС, а за розподіл процесів (потоків, завдань) по процесорах відповідає розробник прикладного програмного забезпечення. У такому випадку багатопроцесорна система складна в програмуванні, але володіє передбачуваністю (детермінованістю) характеристик реального часу.

При симетричному мультипроцесингу SMP прикладний програміст бачить багатопроцесорну систему як віртуальну однопроцесорну, що значно спрощує розробку ПО, але немає 100 % гарантії передбачуваності виконання через те що навантаження між процесорами розподіляється не вручну, а автоматично.

До появи на ринку вбудованих мікропроцесорів багатоядерних пристроїв потреба в симетричному мультипроцесингу практично була відсутня. Складність розробки ПЗ для слабозвязаних багатопроцесорних систем була невелика, і простоту програмування ставили на друге місце після передбачуваності поведінки системи реального часу. Тому у версіях VxWorks 5.x і 6.x аж до версії 6.5 підтримувався тільки асиметричний мультипроцесинг, реалізований у вигляді бібліотеки (поставляється як додатковий продукт), що забезпечує комунікацію між процесорами через об'єкти в спільній пам'яті. У міру появи вбудованих багатоядерних мікропроцесорів з сильно пов'язаними процесорними ядрами на кристалі на перше місце висувалася простота розробки ПЗ, що призвело до необхідності підтримання вбудовуваними ОС реального часу симетричного мультипроцесингу.

З версії 6.6, що вийшла в листопаді 2007 року, VxWorks почала підтримувати симетричний мультипроцесинг SMP Підтримка SMP-систем включена в інтегроване середовище розробки for VxWorks і . Підтримка SMP-систем в VxWorks поставляється як додаткова компонента. Підтримуються такі багатоядерні мікропроцесори:

Використання

Представлення художника: апарат Mars Reconnaissance Orbiter на орбіті Марса (використовується система VxWorks)

— апарат НАСА, призначений для вивчення Марса.
Зонди Spirit, Opportunity і Curiosity, а також апарат Mars Reconnaissance Orbiter використовують VxWorks на платформі ^[en]. Система використовується і в інших космічних місіях, наприклад Deep Impact.
Планується використання у новітніх авіалайнерах Boeing 787 і Boeing 747-8.
Комунікаційне обладнання багатьох компаній (Avaya, наприклад, Nortel, , Alcatel та ін.)
Linksys WRT54G (ver. 5,6,…), NetGear WGR614 (ver. 5,6,7)
Деякі PostScript-принтери.
Медичне устаткування компанії Siemens AG (зокрема, магнітно-резонансні томографи).
Останні^[] системи інтерфейсів BMW iDrive
Система управління робототехнічних комплексів компанії KUKA.
Безліч інших застосувань у вбудованих системах з високими вимогами до надійності і часу відгуку.

Підтримувані цільові архітектури (targets)	Підтримувані інструментальні платформи (hosts)	Підтримувані інтерфейси
і , PowerPC Intel 386/486, Pentium, , Sparc, Mips /, , , HP PA-RISC, , DEC Alpha	Sun SPARCstation (SunOS и Solaris), /400,700 (HP-UX), (AIX), Silicon Graphics (IRIX), DEC Alpha (), PC (Windows)	host-target Ethernet, RS232, емулятор ICE (In-Circuit Emulator), ()

Критика

Minka Nikolova, інтерв'ю InternetNews.com:

Під Linux є чудові нові пакети, які ми можемо при необхідності інтегрувати в наші мережеві комутатори. Платформа VxWorks зараз розвивається повільно, оскільки існує давно. Пакети, які надає VxWorks, насправді, не найновіші і не найкращі. Все поступово рухається у бік Linux.

Оригінальний текст (англ.)

«There are great packages that are available on Linux and a lot of new packages we can integrate into our switches if we decide to do so. VxWorks is old and doesn't have a lot of movement in it. The packages that VxWorks provides really aren't the latest and greatest. But basically everyone is moving toward Linux.»

Конкуруючі операційні системи

Коротке порівняння операційних систем реального часу

Оригінальна таблиця:

ОСРЧ	Архітектура	Середовище розробки	POSIX	Мах. число задач
VxWorks	Клієнт-сервер, Мікроядро	Tornado, Workbench	POSIX 1003.1, .1 b, .1 c (включаючи pThreads)	обмежується тільки об'ємом пам'яті
QNX	Клієнт-сервер, Мікроядро та взаємодіючі процеси	Windows, Solaris, Self-Hosted, QNX4, Linux	POSIX 1003.1-2001, з потоками і розширеним. РВ	4095 процесів, у кожному процесі до 32767 потоків
LynxOS	----, Монолітне ядро	Luminosity на базі середовища Eclipse	POSIX 1003.1a/b/c, 1003.1-2003	обмежена пам'яттю

Примітки

. Архів оригіналу за 10 липня 2018. Процитовано 10 липня 2018. (англ.)
Стаття «Операційні системи реального часу» І. Б. Бурдонов, А. С. Косачев, В. Н. Пономаренко^{[недоступне посилання з лютого 2019]} п. 2.1. VxWorks
Стаття «VxWorks: Операційна система реального часу і комплекс інструментальних засобів розробки ПЗ РВ», О. В. Дем 'янов [ 4 березня 2016 у Wayback Machine.] п. Додаткові мережеві можливості: програма WindNet, п. Підтримка стандартів POSIX
VxWorks Facilities: An Overview^{[недоступне посилання з лютого 2019]} п. Virtual Memory (Including VxVMI Option)
Стаття: «Операційні системи реального часу» І. Б. Бурдонов, А. С. Косачев, В. Н. Пономаренко^{[недоступне посилання з лютого 2019]} п. 5. Зведені таблиці характеристик властивостей ОСРЧ табл. 2
. Архів оригіналу за 7 лютого 2010. Процитовано 24 березня 2010.
. Архів оригіналу за 12 лютого 2009. Процитовано 24 березня 2010.
(PDF). Архів оригіналу (PDF) за 16 жовтня 2007. Процитовано 24 березня 2010.
. Архів оригіналу за 19 квітня 2009. Процитовано 24 березня 2010.
Архів оригіналу за 5 січня 2009. Процитовано 24 березня 2010.
новинна стаття^{[недоступне посилання з червня 2019]}
у статті: «Погляд на світ операційних систем реального часу в 2006 році С. В. Золотарьов»^{[недоступне посилання з червня 2019]} п. «Монолітне або Мікроядро?»

Список літератури

VxWorks операційна система всередині Інтернет, О. В. Дем 'янов (ЗАТ РТСофт) [ 5 березня 2016 у Wayback Machine.]
VxWorks: Операційна система реального часу і комплекс інструментальних засобів розробки ПЗ РВ, О. В. Дем 'янов, AVD Systems, м. [ 4 березня 2016 у Wayback Machine.]Москва [ 4 березня 2016 у Wayback Machine.]
www.vxworks.ru [ 2 квітня 2022 у Wayback Machine.]

Посилання

Wind River Systems [ 4 жовтня 2006 у Wayback Machine.]
- VxWorks 6.x [ 5 лютого 2010 у Wayback Machine.]
VxWorks / Tornado II FAQ [ 9 лютого 2010 у Wayback Machine.]

Це незавершена стаття про операційні системи.
Ви можете проєкту, виправивши або дописавши її.

[newver1-1] . Архів оригіналу за 10 липня 2018. Процитовано 10 липня 2018. (англ.)

[VxWorks-2] Стаття «Операційні системи реального часу» І. Б. Бурдонов, А. С. Косачев, В. Н. Пономаренко^{[недоступне посилання з лютого 2019]} п. 2.1. VxWorks

[WindNet-3] Стаття «VxWorks: Операційна система реального часу і комплекс інструментальних засобів розробки ПЗ РВ», О. В. Дем 'янов [ 4 березня 2016 у Wayback Machine.] п. Додаткові мережеві можливості: програма WindNet, п. Підтримка стандартів POSIX

[4] VxWorks Facilities: An Overview^{[недоступне посилання з лютого 2019]} п. Virtual Memory (Including VxVMI Option)

[Network-5] Стаття: «Операційні системи реального часу» І. Б. Бурдонов, А. С. Косачев, В. Н. Пономаренко^{[недоступне посилання з лютого 2019]} п. 5. Зведені таблиці характеристик властивостей ОСРЧ табл. 2

[fs-6] . Архів оригіналу за 7 лютого 2010. Процитовано 24 березня 2010.

[SMP-7] . Архів оригіналу за 12 лютого 2009. Процитовано 24 березня 2010.

[workbench-8] (PDF). Архів оригіналу (PDF) за 16 жовтня 2007. Процитовано 24 березня 2010.

[Alcatel-Lucent_embraces_Linux-9] . Архів оригіналу за 19 квітня 2009. Процитовано 24 березня 2010.

[10] Архів оригіналу за 5 січня 2009. Процитовано 24 березня 2010.

[11] новинна стаття^{[недоступне посилання з червня 2019]}

[12] у статті: «Погляд на світ операційних систем реального часу в 2006 році С. В. Золотарьов»^{[недоступне посилання з червня 2019]} п. «Монолітне або Мікроядро?»