量體裁衣—VxWorks 6.2輕松應對設備軟件的特殊挑戰(zhàn)
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作為業(yè)界著名的嵌入式操作系統(tǒng)，VxWorks從一開始就具備了可裁剪性的良好“血統(tǒng)”。風河(Wind River)系統(tǒng)公司不久前宣布推出VxWorks的模塊化版本——VxWorks 6.2，進一步把可裁剪性提升到了新的水平，使這個在設備軟件領域流傳和應用極為廣泛的實時操作系統(tǒng)(RTOS)可以像“樂高”玩具那樣，按照設備軟件開發(fā)者的需要隨意組裝和配置。
“即插即用”才是可裁剪性
可裁剪性是設備軟件與通用計算機軟件的重要區(qū)別之一，這是由于設備軟件與通用的PC或服務器軟件存在以下幾個方面的區(qū)別：
第一，從硬件環(huán)境來看，桌面操作系統(tǒng)具有標準化的CPU、存儲和I/O架構，而嵌入式環(huán)境中的RTOS硬件環(huán)境只有標準化的CPU，沒有標準化的存儲、I/O和顯示器架構，因此許多模塊在特定的硬件中并不會用到。
第二，從應用環(huán)境來看，桌面操作系統(tǒng)面向復雜多變的應用，而RTOS面向單一設備的單一應用，操作系統(tǒng)中的許多部件因此可以裁剪掉，以便節(jié)省內存，在降低成本的同時提高可靠性。
第三，從開發(fā)界面來看，桌面操作系統(tǒng)試圖給開發(fā)人員提供一個“黑箱”，讓開發(fā)人員通過一系列標準的系統(tǒng)調用來使用操作系統(tǒng)中的功能，而嵌入式試圖為開發(fā)人員提供一個“白箱”，讓開發(fā)人員可以自主控制系統(tǒng)的所有資源，因而應該可以自行對操作系統(tǒng)進行裁剪。
總之，桌面操作系統(tǒng)的研究開發(fā)指導思想是盡可能在不改變自身的前提下具有廣泛的適應性。也就是說：不論應用環(huán)境怎么變化，最好都不要對自身內部產生什么影響，也不要求自身做太多的變化。反過來，應用于嵌入式環(huán)境的設備軟件，在研發(fā)的時候就必須立足于改變自身、開放自身，讓開發(fā)人員可以根據(jù)硬件環(huán)境和應用環(huán)境的不同而對操作系統(tǒng)進行靈活的裁剪和配置，因為對于任何一個具體的嵌入式設備，它的功能是確定的，因此只要從原有操作系統(tǒng)中把這個特定應用所需的功能拿進來即可。
有人認為，設備軟件開發(fā)者如果擁有了軟件的源代碼，就可以按照自己的需求對其進行任意裁剪，就等于擁有了可裁剪性，這是一個很大的誤解。刪掉部分源代碼之后，將會給整個系統(tǒng)帶來什么影響，這是很難預估的，因而會給系統(tǒng)的可靠性帶來極大的隱患。
所以說，如果一個軟件平臺只能依靠手工的方式去掉一些源代碼，這根本就不是可裁剪性。所謂可裁剪性是以優(yōu)秀的模塊化設計為基礎，在軟件項目的工程階段，隨時利用軟件配置方法實現(xiàn)軟件構件的“即插即用”?？梢?，可裁剪性與開放源代碼是兩個完全不同的概念。
可裁剪性帶給用戶的一個最直接的好處是硬件成本降低，這對于成本敏感的應用，如消費電子類設備，具有重要的現(xiàn)實意義。由于設備中只包含應用程序用到的那部分操作系統(tǒng)功能，這就使得系統(tǒng)變得簡單、易把握，從而提高系統(tǒng)的可靠性。
可裁剪性還與可擴展性和可靠性密切相關，因為軟件規(guī)模縮減和增加可以采用同樣的軟件配置技術，而可裁剪性如果處理不好就勢必影響到系統(tǒng)的可靠性。
VxWorks迎來設備軟件的積木時代
實際上，VxWorks以前的版本也同樣具有很好的可裁剪性和可擴展性，因為它的設計是以構件和參數(shù)的形式進行的，只是其中的構件都是以預先編譯庫的形式存在，通過符號參照表與系統(tǒng)連接起來。在VxWorks 6.2中，操作系統(tǒng)的配置通過更巧妙的方式來實現(xiàn)，支持更小巧的模塊、更精準的方式來配置形成特定的操作系統(tǒng)功能，既可以只包含最核心的操作系統(tǒng)內核，也可以是最完整的操作系統(tǒng)。
除了部件和部件捆綁，VxWorks 6.2中還有“Profile”可以用來對VxWorks進行配置，這是一個新的重要特色?！癙rofile”提供了一種便捷的方式，構成了操作系統(tǒng)的不同配置基礎，以便適應不同的設備軟件產品以及軟件項目開發(fā)的不同階段。
VxWorks 6.2之所以具有更好的可裁剪性和可擴展性，是因為采用了精心設計的三層結構：最小內核、基本內核和基本操作系統(tǒng)，以簡潔的微內核作為最底層，逐層擴展到完整的VxWorks配置(如圖1所示)。隨著層次的上升，相應配置所支持的功能逐漸復雜多樣，這些配置工作可以采用風河公司W(wǎng)orkbench或者vxpri實現(xiàn)，以便作為各種設備軟件開發(fā)項目的基礎。盡管經過各種不同裁剪配置的VxWorks都短小精悍，但仍然可以形成一個完整鏈接的操作系統(tǒng)映像，可以引導和運行應用軟件。值得指出的是，為特定項目所裁剪形成的VxWorks映像并不是“鐵板一塊”——從此不可改變，而是可以根據(jù)項目后來的進程要求隨時增加或者減少某些部件，最終得到一個最精煉的配置。
采用新的VxWorks 6.2，可以大幅度縮減軟件在設備中所占用的空間，并且允許軟件開發(fā)人員剔除操作系統(tǒng)中當前應用軟件不會用到的部分，甚至可以用其他第三方的模塊來取代操作系統(tǒng)中的某個模塊?，F(xiàn)在，設備軟件開發(fā)人員可以自由地選擇電源管理、文件系統(tǒng)或者調度程序，以便適應自己獨特的芯片、設備類型或者運行平臺。而且VxWorks操作系統(tǒng)在設備中所占用的存儲空間比以前的標準版本減少了100KB，大約只剩下35KB左右。
新推出的VxWorks 6.2還帶有一系列面向特定行業(yè)和應用領域的框架，可以幫助開發(fā)者確定系統(tǒng)行為、軟件部分存儲器占用量和整體的存儲器需要量。例如，在消費電子領域，手機和數(shù)碼相機所采用的電源管理方案就是不同的。再比如，在手機中，當用戶正在輸入聯(lián)系人信息的時候，突然有電話呼入，你應該采取怎樣的設計方案來處理？而在數(shù)碼相機中又會遇到完全不同的問題。現(xiàn)在，有了模塊化可裁剪的VxWorks 6.2，就可以根據(jù)不同的應用需求對操作系統(tǒng)模塊進行取舍。
“裁剪”不能沒有測試
與“可裁剪性”密切相關的是軟件開發(fā)的測試能力，因為如果沒有高效率的測試工具，“即插即用”的可靠性就會失去保證。因此，風河公司在推出VxWorks 6.2的同時，還在其配套的基于Eclipse的開發(fā)工具Workbench加強了單元測試和代碼診斷能力。
升級后的Workbench是一個功能完善、基于Eclipse開發(fā)環(huán)境的設備軟件開發(fā)工具，可以與模塊化的VxWolrks很好地配合，靈活地選取系統(tǒng)模塊。而且，風河公司還為這個開發(fā)環(huán)境增加了一個配置和向導工具，幫助設備軟件開發(fā)人員對框架部件和模塊進行命名和管理，并且把整個系統(tǒng)快速建構起來。
采用新的Workbench，設備軟件開發(fā)者還可以導入和修改并非出自風河的Linux內核。如今Linux在設備軟件中得到大量應用，但是有些Linux的軟件包并不能直接拿來就用，而是需要重新配置、修改和優(yōu)化。新推出的Workbench 2.4可以幫助設備軟件開發(fā)者完成這些工作，而且完全兼容Eclipse 3.1。
風河公司通過收購RTI公司獲得了更好的靜態(tài)分析、代碼測試和診斷能力，已經作為Workbench的可選附加軟件提供給設備軟件開發(fā)者。新的單元測試軟件可幫助軟件開發(fā)者實施單元測試的自動化。目前大多數(shù)設備軟件開發(fā)環(huán)境中，單元測試仍然是手工逐步完成的，新的測試工具可以幫助軟件工程師自動完成測試代碼的生成、編寫、報告和分析工作。而且，新的診斷工具還允許開發(fā)人員不必對代碼進行重新編譯，即可在實際部署和運行的系統(tǒng)中執(zhí)行調試操作。開發(fā)人員可以動態(tài)地放置測試點，在代碼中的任何地方收集和跟蹤信息，不論是應用層、中間件層還是內核都不例外。
面對消費電子市場的激烈競爭，設備軟件開發(fā)所面臨的最大挑戰(zhàn)是在最短的時間內開發(fā)出功能可靠、節(jié)省成本的應用系統(tǒng)。風河公司VxWorks 6.2和Workbench 2.4不僅是多年設備軟件開發(fā)經驗積累的結晶，也是設備軟件開發(fā)者應對當今市場挑戰(zhàn)和順應未來發(fā)展趨勢的得力助手。
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