VxWorks实时操作系统的定制方法

中国科学院软件研究所 李丽颖 李彦峰山东农村信用社联合社 韩广志金陵科技学院 苗丽娟



VxWorks实时操作系统的定制方法

中国科学院软件研究所 李丽颖 李彦峰
山东农村信用社联合社 韩广志
金陵科技学院 苗丽娟

【摘要】VxWorks实时操作系统具有良好的可裁剪性和可扩展性，在Tornado集成开发环境下，开发者可以根据应用程序的需要，选择VxWorks系统的组成。利用Tornado定制VxWorks的方法，简单方便，但具有局限性——不能扩展组件选项、不能修改组件源码、不能细粒度裁剪等。针对以上缺陷，本文系统地提出一种定制VxWorks的方法，包括对VxWorks的扩展、修改、裁剪，操作简便、安全可靠。

【关键词】VxWorks映像编译；组件静态库库编译；cdf文件规则；细粒度裁剪

0　引言

VxWorks实时操作系统采用精心设计的三层结构——最小内核、基本内核和基本操作系统，以简洁的微内核作为最底层，逐层扩展到完整的VxWorks配置。因此，VxWorks具有良好的可裁剪性和可扩展性，开发者可以根据应用程序的需要选择VxWorks系统的组成。尤其在Tornado集成开发环境下，开发者在界面中的VxWorks选项卡中，exclude不需要的组件，include需要的组件，即可达到定制系统的目的，操作简单方便。

但是，以上定制方法也具有局限性。使用Tornado界面操作时，只能在现有选项的基础上include或exclude组件，不能在界面中添加新的组件选项，用户定制系统的自由性被局限；VxWorks映像生成所需要的组件都是以预先编译好的静态库的形式存在的，修改、裁剪组件对应的源码，并不会对VxWorks映像产生影响；如果通过重新编译静态库的方式实现修改组件源码，需涉及makefile、rules.library、rules.bsp等多个编译文件的使用，难度大、步骤多，且手动编译的静态库稳定性、安全性难以保障；无论是downloadable型工程还是bootable型工程，默认编译选项下生成的文件都过大。

鉴于现有VxWorks实时操作系统定制方法的缺陷，本文提出一种对VxWorks实时操作系统进行扩展、修改、裁剪的定制方法。此方法操作简单方便，保证定制灵活性的同时，兼顾安全性、稳定性。

1　Tornado编译VxWorks映像的基本原理

1.1Tornado编译VxWorks映像的流程

在Tornado集成开发环境下编译VxWorks映像时，首先新建一个bootable型工程，则在“Files”选项卡中会按默认配置、自动生成prjConfig.c、linkSym.c等源文件；在界面中的VxWorks选项卡中，用户根据项目需要，exclude不需要的组件、include需要的组件；点击“rebuild all”，则Tornado会根据当前组件选择，以00vxWorks.cdf、00bsp.cdf文件为规则，修改prjConfig.c、linkSym.c等源文件的源代码，然后编译链接。编译链接过程中，prjConfig.c、linkSym.c等源文件首先被编译为o格式目标文件，然后与已经编译好的libXXX.a库链接，生成VxWorks映像。

生成VxWorks映像所需要的组件源码，全部来源于预先编译好的静态库libXXX.a。prjConfig.c、linkSym.c等源文件，只是根据用户选择调用了所需组件的初始化函数，以提示连接器从静态库libXXX.a中，选择需要的o文件链接到VxWorks映像。因此，静态库libXXX.a非常重要，下面详细阐述。

1.2静态库的重要作用

在tornado编译bootable型工程前，Tornado argetlib文件夹里的libXXX.a文件已经编译好，它是由src文件夹里的.c源文件、遵循rules.library等编译文件的规则编译、链接而成的，里面包含了VxWorks支持的全部库函数。

libXXX.a是预先编译好的、不变的，它内部哪些.o文件会参与链接生成VxWorks，是由prjConfig.c、linkSyms. c这些生成代码直接决定的。比如，memPartLib.o已链接在libSPARCgnuvx.a中，如果界面中选择了组件“minimal memory allocator”，则会在prjConfig.c文件中生成调用函数memPartLibInit()的代码；链接器查找每个.o文件的符号表，发现memPartLibInit()函数是在memPartLib.o中实现的，就会把memPartLib.o文件链接进VxWorks映像。

1.3基于Tornado编译原理的定制方法概述

通过以上分析可知：由cdf文件规则生成prjConfig. c、linkSyms.c代码的原理，可以实现Tornado界面中组件选项的扩展、修改；利用Tornado集成开发环境对VxWorks裁剪的支持，可以实现对VxWorks映像的粗粒度裁剪；根据a格式静态库的编译原理与作用，可以完成对VxWorks映像的细粒度裁剪。下面几个小节将分别介绍，应用这些原理实现定制VxWorks映像的方法。

2　基于Tornado编译原理的细粒度裁剪方法

VxWorks的可裁剪性特点使开发者可以根据自己应用程序的需要，在Tornado的VxWorks选项卡中，include需要的组件，exclude不需要的组件，达到对VxWorks粗粒度裁剪的目的。但是，这样的裁剪方法也具有局限性：某个组件，只能整体保留或删除，不能选择性保留一个模块中的部分代码。所以，有必要对VxWorks映像进行细粒度裁剪。

2.1细粒度裁剪的意义

tornado新建的bootable型映像，一般包含prjConfig. c、linkSyms.c、usrAppInit.c等文件。在组件选项中，不同的选择方式会在prjConfig.c和linkSyms.c中生成不同的代码。这些代码调用了哪些函数，在链接生成vxWorks映像时，会从libXXX.a中选择这些函数所在的.o文件，把整个.o文件链接进vxWorks映像。

有一些函数，比如fioLib.c文件中的sprintf()函数，是一个非常常用的函数。但是，同样在fioLib.c中的scanf()函数用户就有可能不使用。但是，fioLib.o会作为一个整体从libSPARCgnuvx.a中被链接到vxWorks映像中，造成vxWorks映像体积有一些没必要的增加。

如果能把fioLib.c文件中的scanf()等不使用的函数删除，然后编译成.o，再链接进.a，那么bootable型映像编译链接时，就能避免把没必要的函数加入映像，起到体积裁剪的效果。所以，函数级裁剪时非常必要的，如果对适合的文件做函数级裁剪，效果是非常显著的。

2.2细粒度裁剪的流程

以fioLib.c文件的函数级裁剪为例：

（1）在fioLib.c文件中裁减掉不适用的函数。

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

注意：必须手工修改编译选项“-g”为“-O3”

（3）使用命令行，把libSPARCgnuvx.a中原来的fioLib.o替换为已经裁剪的fioLib.o。

使用命令为：ar -r libSPARCgnuvx.a fioLib.o

（4）重新编译bootable型映像，会发现映像变小了，说明裁剪有效。

2.3细粒度裁剪的效果演示

2.3.1memPartLib.c的裁剪：减小3.6%

首先，做内存的细粒度裁剪。vxWorks内存文件已经分为memPartLib.c和memLib.c，对应着tornado组件选项中的“minimal memory allocator”和“full featured memory allocator”。其中，memLib.c在粗粒度裁剪中已经被exclude。

由此可见，memPartLib.c已经是一个很基本、小巧的内存管理文件了，可裁剪掉空间不大。对memPartLib. c做函数级裁剪时，去掉了可以创建多个分区的功能，即memPartCreate()和memPartDestroy()两个函数，其他函数必须保留。经过这个裁剪后的效果如下：

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

2.3.2fioLib.c的裁剪：减小45.2%

由于memPartLib.c文件的裁剪效果不明显，不能体现函数级裁剪的必要性，所以又做了fioLib.c文件的裁剪。fioLib. c是格式化输入输出模块，在tornado中include组件“formatted IO”，会自动include组件“IO system”（对应文件为ioLib.c）。

fioLib.c文件裁剪前比较大（14KB），且各个函数间耦合性弱，许多函数用户并不需要，所以此文件裁剪空间比较大。裁减掉了sscanf()函数相关的函数（如下图所示），printf()、sprintf()、fioRead()、fioRdString()等函数仍然可以正常使用。

裁剪后的效果，如下表所示：

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

3　总结

本文在明确Tornado编译VxWorks映像原理的基础上，详细阐述了扩展组件选项、粗粒度裁剪、细粒度裁剪的方法，实现了对VxWorks定制的方法。既保障了操作的简便性、灵活性，又保障了VxWorks映像的安全性、稳定性。

参考文献

[1]张芊,赵宇.计算机的现状及关键技术[J].企业导报,2011(17).

[2]王戬.云计算关键技术及其发展的分析[J].科技创新与应用,2013(28).

[3]张晓洲.云计算关键技术及发展现状研究[J].网络与信息,2011(09).

李丽颖（1987-），女，黑龙江齐齐哈尔人，硕士研究生，助理工程师，研究方向：操作系统分析与优化。

作者简介：