VxWorks實時操作系統的定制方法

中國科學院軟件研究所 李麗穎 李彥峰山東農村信用社聯合社 韓廣志金陵科技學院 苗麗娟

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VxWorks實時操作系統的定制方法

中國科學院軟件研究所 李麗穎 李彥峰
山東農村信用社聯合社 韓廣志
金陵科技學院 苗麗娟

【摘要】VxWorks實時操作系統具有良好的可裁剪性和可擴展性，在Tornado集成開發環境下，開發者可以根據應用程序的需要，選擇VxWorks系統的組成。利用Tornado定制VxWorks的方法，簡單方便，但具有局限性——不能擴展組件選項、不能修改組件源碼、不能細粒度裁剪等。針對以上缺陷，本文系統地提出一種定制VxWorks的方法，包括對VxWorks的擴展、修改、裁剪，操作簡便、安全可靠。

【關鍵詞】VxWorks映像編譯；組件靜態庫庫編譯；cdf文件規則；細粒度裁剪

0　引言

VxWorks實時操作系統采用精心設計的三層結構——最小內核、基本內核和基本操作系統，以簡潔的微內核作為最底層，逐層擴展到完整的VxWorks配置。因此，VxWorks具有良好的可裁剪性和可擴展性，開發者可以根據應用程序的需要選擇VxWorks系統的組成。尤其在Tornado集成開發環境下，開發者在界面中的VxWorks選項卡中，exclude不需要的組件，include需要的組件，即可達到定制系統的目的，操作簡單方便。

但是，以上定制方法也具有局限性。使用Tornado界面操作時，只能在現有選項的基礎上include或exclude組件，不能在界面中添加新的組件選項，用戶定制系統的自由性被局限；VxWorks映像生成所需要的組件都是以預先編譯好的靜態庫的形式存在的，修改、裁剪組件對應的源碼，并不會對VxWorks映像產生影響；如果通過重新編譯靜態庫的方式實現修改組件源碼，需涉及makefile、rules.library、rules.bsp等多個編譯文件的使用，難度大、步驟多，且手動編譯的靜態庫穩定性、安全性難以保障；無論是downloadable型工程還是bootable型工程，默認編譯選項下生成的文件都過大。

鑒于現有VxWorks實時操作系統定制方法的缺陷，本文提出一種對VxWorks實時操作系統進行擴展、修改、裁剪的定制方法。此方法操作簡單方便，保證定制靈活性的同時，兼顧安全性、穩定性。

1　Tornado編譯VxWorks映像的基本原理

1.1Tornado編譯VxWorks映像的流程

在Tornado集成開發環境下編譯VxWorks映像時，首先新建一個bootable型工程，則在“Files”選項卡中會按默認配置、自動生成prjConfig.c、linkSym.c等源文件；在界面中的VxWorks選項卡中，用戶根據項目需要，exclude不需要的組件、include需要的組件；點擊“rebuild all”，則Tornado會根據當前組件選擇，以00vxWorks.cdf、00bsp.cdf文件為規則，修改prjConfig.c、linkSym.c等源文件的源代碼，然后編譯鏈接。編譯鏈接過程中，prjConfig.c、linkSym.c等源文件首先被編譯為o格式目標文件，然后與已經編譯好的libXXX.a庫鏈接，生成VxWorks映像。

生成VxWorks映像所需要的組件源碼，全部來源于預先編譯好的靜態庫libXXX.a。prjConfig.c、linkSym.c等源文件，只是根據用戶選擇調用了所需組件的初始化函數，以提示連接器從靜態庫libXXX.a中，選擇需要的o文件鏈接到VxWorks映像。因此，靜態庫libXXX.a非常重要，下面詳細闡述。

1.2靜態庫的重要作用

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等編譯文件的規則編譯、鏈接而成的，里面包含了VxWorks支持的全部庫函數。

libXXX.a是預先編譯好的、不變的，它內部哪些.o文件會參與鏈接生成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”，則會在prjConfig.c文件中生成調用函數memPartLibInit()的代碼；鏈接器查找每個.o文件的符號表，發現memPartLibInit()函數是在memPartLib.o中實現的，就會把memPartLib.o文件鏈接進VxWorks映像。

1.3基于Tornado編譯原理的定制方法概述

通過以上分析可知：由cdf文件規則生成prjConfig. c、linkSyms.c代碼的原理，可以實現Tornado界面中組件選項的擴展、修改；利用Tornado集成開發環境對VxWorks裁剪的支持，可以實現對VxWorks映像的粗粒度裁剪；根據a格式靜態庫的編譯原理與作用，可以完成對VxWorks映像的細粒度裁剪。下面幾個小節將分別介紹，應用這些原理實現定制VxWorks映像的方法。

2　基于Tornado編譯原理的細粒度裁剪方法

VxWorks的可裁剪性特點使開發者可以根據自己應用程序的需要，在Tornado的VxWorks選項卡中，include需要的組件，exclude不需要的組件，達到對VxWorks粗粒度裁剪的目的。但是，這樣的裁剪方法也具有局限性：某個組件，只能整體保留或刪除，不能選擇性保留一個模塊中的部分代碼。所以，有必要對VxWorks映像進行細粒度裁剪。

2.1細粒度裁剪的意義

tornado新建的bootable型映像，一般包含prjConfig. c、linkSyms.c、usrAppInit.c等文件。在組件選項中，不同的選擇方式會在prjConfig.c和linkSyms.c中生成不同的代碼。這些代碼調用了哪些函數，在鏈接生成vxWorks映像時，會從libXXX.a中選擇這些函數所在的.o文件，把整個.o文件鏈接進vxWorks映像。

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

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

2.2細粒度裁剪的流程

以fioLib.c文件的函數級裁剪為例：

（1）在fioLib.c文件中裁減掉不適用的函數。

（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“-g”為“-O3”

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

使用命令為：ar -r libSPARCgnuvx.a fioLib.o

（4）重新編譯bootable型映像，會發現映像變小了，說明裁剪有效。

2.3細粒度裁剪的效果演示

2.3.1memPartLib.c的裁剪：減小3.6%

首先，做內存的細粒度裁剪。vxWorks內存文件已經分為memPartLib.c和memLib.c，對應著tornado組件選項中的“minimal memory allocator”和“full featured memory allocator”。其中，memLib.c在粗粒度裁剪中已經被exclude。

由此可見，memPartLib.c已經是一個很基本、小巧的內存管理文件了，可裁剪掉空間不大。對memPartLib. c做函數級裁剪時，去掉了可以創建多個分區的功能，即memPartCreate()和memPartDestroy()兩個函數，其他函數必須保留。經過這個裁剪后的效果如下：

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，不能體現函數級裁剪的必要性，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”，會自動include組件“IO system”（對應文件為ioLib.c）。

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

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

本文在明確Tornado編譯VxWorks映像原理的基礎上，詳細闡述了擴展組件選項、粗粒度裁剪、細粒度裁剪的方法，實現了對VxWorks定制的方法。既保障了操作的簡便性、靈活性，又保障了VxWorks映像的安全性、穩定性。

參考文獻

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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：操作系統分析與優化。

作者簡介：