基于Telnet協議的VxWorks調試監測軟件

練學輝，杜　清,付　林,朱　潤,王善民

(1. 海軍駐南京地區雷達系統軍事代表室，南京 211153；2. 中國船舶重工集團公司第七二四研究所， 南京 210003)

0　引　言

VxWorks是一個運行在目標機上的高性能、可裁剪的嵌入式實時操作系統。它以良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術及實時性要求較高的領域中。近年來，可視化用戶界面正成為現代計算機系統中受到高度重視的組成部分。許多廠家推出了便于使用的各種可視化操作界面。可視化是一種更自然、直觀的視覺呈現方式，是處理大容量數據的一種有效手段。然而，VxWorks開發平臺WorkBench的調試和監視功能不夠完善，且在使用中比較繁瑣和復雜。[1-2]

本文設計一種基于Telnet協議的VxWorks調試監測軟件。它可以通過Telnet協議實現調試計算機與目標機的交互，并且通過可視化界面展示調試結果和監視內容，有利于提高研發效率，縮短研發的周期。

1　基于Telnet協議的網絡通訊

基于Telnet協議的網絡通訊是本地計算機與VxWorks系統目標機之間的主要連接方式。它利用客戶機/服務器模式可以實現調試計算機上通過以太網遠程訪問和控制VxWorks系統目標機。

面向連接的協議服務器端首先調用socket函數建立流式套接字，然后用bind將此套接字和本地地址綁定，接著調用listen準備接收客戶端的連接，然后調用accept接收連接。當接收到客戶端的請求后，則建立連接，accept返回新的套接字就可以在這新套接字上讀寫數據。原來的套接字則可以繼續通過accept調用等待另一個連接。

客戶端也首先調用socket函數建立流式套接字，然后調用connect向遠程主機發起連接請求，連接建立后就可以在此套接字上進行數據讀寫了。

上述執行流程圖如圖1所示。

2　調試監測軟件設計

嵌入式系統本身資源很有限，如內存小和CPU速度低等，而且大部分嵌入式系統硬件沒有顯示器和鍵盤，不足有效地運行第三方軟件。另外，大部分軟件只使用于主流的硬件平臺，不可能普遍適用于種類繁雜的嵌入式CPU。所以，對大多數嵌入式系統的調試和監測采用交叉方式，即把第三方軟件安裝在調試計算機上，通過某種方式連接目標機，并通過與目標機交換信息完成調試和監測工作。

VxWorks為目標機提供了一個Shell，以方便應用系統的開發和使用，簡稱為tShell。目標機tShell是VxWorks系統與外部最主要的接口。它的主要功能是管理用戶與VxWorks操作系統之間的交互：等待用戶的輸入，向VxWorks操作系統解析用戶的輸入指令，然后調用VxWorks庫函數，最后處理各種各樣的VxWorks操作系統的輸出結果。

VxWorks配置中包含“Target Shell”組件。包含該組件后，usrRoot函數會調用初始化函數：shellInit(SHELL_STACK_SIZE,TRUE)。該函數會創建tShell任務以實現Shell功能。

VxWorks初始啟動時，如果VxWorks包含了網絡組件中的“telnetserver”組件，系統會創建tTelnetd任務，這時就可以使用主機的Telnet通過網絡遠程訪問tShell。主機和目標機之間能完成信息交互。關健在于目標機的符號表。利用符號表可以直接調用程序中的輸出函數名，這是VxWorks系統提供的一個獨特便利。

Telnet是TCP/IP協議的一個標準的服務，其端口為固定的23。在主機和目標機通訊的過程中，Socket先與IP地址和端口綁定，然后在套接字上讀寫數據，直到數據交換完畢。

下面是軟件實現數據交互的主要代碼：

tcpclient=new TcpClient(ip, port);

stream=tcpclient.GetStream();

StreamWriter sw=new StreamWriter(stream);

StreamReader sr=new StreamReader(stream);

調試監測軟件首先利用函數sw.Write()把用戶輸入的指令寫入套接字類，然后通過Telnet協議提交給tShell。tShell對指令進行解析,解析后的指令通過目標機的符號表關聯至庫函數。內核的庫函數獲取到有用的信息后再通過Telnet協議將信息返回。接著利用函數sr.Read()把有用信息從套接字類中讀取出來，并通過函數AnalysisMessage()對這些信息進行解析，最后將解析完的信息送至軟件界面顯示。整個流程如圖2所示。

調試監測軟件的功能主要包括以下幾個方面：

(1) 調試計算機IP地址設置：主要作用是獲取調試計算機IP地址，并且可以編輯修改；

(2) 處理器基本信息：軟件可以自動檢測到以太網上的處理器IP列表，從列表中選擇某一處理器進行連接，可以獲取當前處理器的詳細信息，包括CPU硬件ID、系統相關版本信息；

(3) 任務信息：主要包括任務的ID、名字、入口函數、優先級和狀態等；

(4) 任務堆棧使用概況：主要包括堆棧總大小、堆棧當前使用字節、堆棧最大使用字節、堆棧從未使用字節等；

(5) 內存分配與使用概況：主要包括內存狀態、字節數、內存塊數、最大空閑塊尺寸等；

(6) 處理器溫度：獲取處理器的實時溫度，并生成近5 min的溫度曲線；

(7) 系統啟動參數：獲取當前的系統啟動方式，并且可以在快速啟動方式和Boot啟動方式之間進行切換；

(8) 內存查看：可以通過手動輸入內存地址，查看內存單元的具體狀態。

同時，為了使整個開發過程快速、簡單、靈活和有效，選擇基于.NET框架下的C#作為開發工具。軟件主界面如圖3所示。

3　調試監測軟件的硬件平臺

編寫調試監測軟件運行于本地計算機，通過以太網與PowerPC板卡相連接，PowerPC板卡之間則通過RapidIO進行交互，硬件平臺如圖4所示。

4　結束語

本文提出一款基于Telnet協議的VxWorks系統調試監測軟件。該軟件利用Telnet協議將VxWorks指令庫中的指令發送至目標機，實現了與服務器的命令行交互，并且通過基于.NET框架的C#設計可視化界面，使得用戶能更加直觀、清晰地對目標機進行調試與監測。該軟件操作簡易，后期功能可擴展性強，可以大大提高研發調試人員的工作效率，具有一定的工程意義。