VxWorks 6.9 内核编程指导之读书笔记 -- VxWorks kernel application （一）

#1 什么是内核应用程序？

#2 开发内核应用程序注意事项

什么是内核应用程序？

内核应用程序不同于RTP程序，它允许在内核态，与操作系统使用相同的地址空间。因此，它与操作系统会相互干扰。它可以编译成内核应用程序模块，亦可以与操作系统映像静态连接生成一个映像。应用程序模块可以被动态加载，因此在开发和调试阶段非常有用，它不必重新编译操作系统映像，并且可以存放在任何内核支持的文件系统中，如NFS,使用ROMFS文件系统的FLASH或ROM中，或磁盘上。但是，与操作系统静态链接显然更适合生产使用。

由于，内核应用程序运行在内核态，因此可以直接访问硬件，这与RTP不同，RTP运行在用户态，无法与硬件直接交流。内核应用程序无法直接启动，必须由其它程序或操作系统来启动它（可以通过shell或workbench来启动），也可以通过配置在引导时自动启动。

 内核应用程序的代码构建的二进制对于不同的处理器并不兼容，因此，针对不同的处理器需要构建不同的二进制文件，如UP,SMP，32位的VxWorks或64位的VxWorks等。

开发注意事项

使用的C或C++类库

应用程序类型	C语言	C++语言
内核应用程序	VxWorks本地库	Dinkum C++和嵌入式（abridged）C++库
RTP应用程序	Dinkum C库	Dinkum C++和嵌入式（abridged）C++库

内核应用程序结构

内容应用程序类似普通的C/C++应用程序，但是它不需要传统的main函数（不像RTP需要main）。它可以是任意函数，在该函数中启动所有需要运行的任务。

void myAppStartUp (void)
{
    runFoo();
    tidThis = taskSpawn("tThis", 200, 0, STACK_SIZE,
        (FUNCPTR) thisRoutine,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0);
    tidThat = taskSpawn("tThat", 220, 0, STACK_SIZE,
        (FUNCPTR) thatRoutine,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0); 
    tidAnother = taskSpawn("tAnother", 230, 0, STACK_SIZE,
        (FUNCPTR) anotherRoutine,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0);
    return (OK);
}

VxWorks的头文件

要使用VxWorks的工具类库，必须要包含相应的头文件。VxWorks头文件只支持ANSI C函数原型，遵循ANSI X3.159-1989标准。

1. 首先，必须先包含头文件vxWorks.h -- 它包含了基本定义和类型
2. 其次，可以根据需要包含其它头文件如lstLib.h
3. ANSI头文件，大部分是与编译器无关，但是有少部分与编译相关（如stdef.h和stdarg.h），工具链会自动找到内部头文件，不必用户指定。
4. ANSI C++头文件，每个编译器都有自己的C++库和C++头文件（如iosream和new）。C++头文件在安装编译器时存放在安装目录，而不是/target/h里。
5. -I编译选项，该选项可以指定，编译器搜索头文件的路径。
6. 一些头文件包含了更底层的头文件，如tylib.h使用了rnglib.h。
7. VxWork私有头文件，通常以/*HIDDEN*/ ... /*END HIDDEN*/包含。

自定义头文件

在自定义头文件中别用extern “C”语句来保护系统头文件。所有VxWorks系统头文件已经被配置成可以被C和C++使用。因此，你不可以强迫使用C连接这些头文件内容。如下是错误的：

#ifdef _cplusplus                                                                                  #include <stdio.h>

extern "C" {                                     ==========>                            #ifdef _cplusplus

#endif                                                                                                  extern "C" {

#include <stdio.h>                                                                                #endif

另外，也别在C++源代码文件中使用 extern “C”{ #include <stdio.h>},而应该直接使用 #include <stdio.h>

内核对象的静态实例化

VxWorks内核对象--如任务或信号量--既可以静态实例化亦可以动态实例化，静态实例化提高了性能。有特定的C宏来静态实例化内核对象。

静态实例化

静态实例化，指的是对象在编译时被声明（使用特定的VxWorks宏），通常是全局对象。因此在编译时分配了内存，而不需要在运行时分配。对象可以在启动初始化时直接获得。

相对静态实例化，动态实例化涉及到运行时分配，并在使用前初始化，在删除时需要删除对象，并释放系统内存等，通常使用malloc和new来进行。使用动态实例化，必须考虑内存不足，另外，性能更差。

Dynamic Instantiation 
struct my_object * pMyObj;
...
pMyObj = (struct my_object *) malloc (sizeof (struct my_object));
if (pMyObj != NULL)
{
fooObjectInit (pMyOjb);
return (OK);
}
else
{
/* failure path */
return (ERROR);
}
Static Instantiation 
struct my_object myObj;
...
fooObjectInit (&myOjb);
/* myObj now ready for use */

可以被静态实例化的内核对象

1. 任务
2. 信号量
3. 消息队列
4. 看门狗时钟

静态实例化的代码大小

编译时声明的对象并不占用可执行文件、VxWorks映像或存储介质的任何空间。如果只声明而没有初始化，则编译器将数据存放在bss段。

静态实例化的好处

1. 访问更快，更确定
2. 应用程序逻辑更简单，因为不需要考虑内存不足问题。
3. 对象的静态实例化不会失败，除非应用程序本身太大，无法加载到系统内存。
4. 可以移除动态内存分配模块，使得VxWorks内核更小。

应用程序和静态实例化

静态初始化提供了更好的性能和优势。如果对象永远不会被删除，则尽量使用静态实例化。静态实例化应该只用于内核应用程序，而不应该在RTP中使用。

静态实例化范围

内核对象通常做为全局变量，因为对象ID常用来任务间通信和同步。但是，并不是必须是全局的，也可以函数范围的。

宏的使用

如何代码太长需要要反斜杠来连接，如

myTask = VX_TASK_INSTANTIATE(myTask,100,0,4096,pEntry,

                          0,1,2,3,4,5,6,7,8,9);

宏VX_TASK_INSTANTIATE用来静态实例化任务

下载内核应用程序对象模块到目标

内核应用程序对象模块可以从Workbench或kernel的shell中下载。一旦被加载到目标系统内存，模块的任何子函数可以被调用，可以启动任务，调试等。

链接内核应用程序对象模块到VxWorks中

可以使用Workbench和命令行与VxWorks映像连接在一起。

配置VxWorks自动运行内核应用程序

1. 配置VxWorks启用INCLUDE_USER_APPL组件
2. 在usrAppInit函数中调用应用程序的入口函数，假设应用程序的入口点函数是myAppStartUp，那么按如下方式添加到usrAppInit中，void usrAppInit(){... myAppStartUp();}
3. 链接内核应用程序与内核映像。

映像大小的考虑

一般bootloader会把bootloader的代码拷贝到RAM_HIGH_ADRS处的RAM中的，而把VxWorks映像拷贝到RAM_LOW_ADRS，因此，必须确保VxWorks的映像不会超过RAM_HIGH_ADRS-ROW_LOW_ADRS，否则将覆盖bootloader的代码，导致bootloader进程意外终止。

对应自启动的VxWorks映像，则需包装RAM_HIGH_ADRS小于LOCAL_MEM_SIZE。