量體裁衣—VxWorks 6.2輕松應(yīng)對(duì)設(shè)備軟件的特殊挑戰(zhàn)

“軟件”與“硬件”必須相輔相成，才能確保“身心健康”。對(duì)于服務(wù)器、桌面或者筆記本PC來(lái)說(shuō)，軟件與硬件的協(xié)調(diào)比較容易做到，因?yàn)檫@些設(shè)備的硬件環(huán)境都是標(biāo)準(zhǔn)化的。而對(duì)于其他的電子設(shè)備來(lái)說(shuō)，由于硬件環(huán)境的千差萬(wàn)別，軟件與硬件的協(xié)調(diào)就會(huì)面臨更多的挑戰(zhàn)。

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(fēng)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(jìn)一步把可裁剪性提升到了新的水平，使這個(gè)在設(shè)備軟件領(lǐng)域流傳和應(yīng)用極為廣泛的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)可以像“樂(lè)高”玩具那樣，按照設(shè)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(shè)備軟件與通用計(jì)算機(jī)軟件的重要區(qū)別之一，這是由于設(shè)備軟件與通用的PC或服務(wù)器軟件存在以下幾個(gè)方面的區(qū)別： 

第一，從硬件環(huán)境來(lái)看，桌面操作系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)化的CPU、存儲(chǔ)和I/O架構(gòu)，而嵌入式環(huán)境中的RTOS硬件環(huán)境只有標(biāo)準(zhǔn)化的CPU，沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化的存儲(chǔ)、I/O和顯示器架構(gòu)，因此許多模塊在特定的硬件中并不會(huì)用到。

第二，從應(yīng)用環(huán)境來(lái)看，桌面操作系統(tǒng)面向復(fù)雜多變的應(yīng)用，而RTOS面向單一設(shè)備的單一應(yīng)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(nèi)存，在降低成本的同時(shí)提高可靠性。

第三，從開發(fā)界面來(lái)看，桌面操作系統(tǒng)試圖給開發(fā)人員提供一個(gè)“黑箱”，讓開發(fā)人員通過(guò)一系列標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)調(diào)用來(lái)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(gè)“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(yīng)該可以自行對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行裁剪。

總之，桌面操作系統(tǒng)的研究開發(fā)指導(dǎo)思想是盡可能在不改變自身的前提下具有廣泛的適應(yīng)性。也就是說(shuō)：不論應(yīng)用環(huán)境怎么變化，最好都不要對(duì)自身內(nèi)部產(chǎn)生什么影響，也不要求自身做太多的變化。反過(guò)來(lái)，應(yīng)用于嵌入式環(huán)境的設(shè)備軟件，在研發(fā)的時(shí)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(yīng)用環(huán)境的不同而對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行靈活的裁剪和配置，因?yàn)閷?duì)于任何一個(gè)具體的嵌入式設(shè)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(gè)特定應(yīng)用所需的功能拿進(jìn)來(lái)即可。

有人認(rèn)為，設(shè)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(duì)其進(jìn)行任意裁剪，就等于擁有了可裁剪性，這是一個(gè)很大的誤解。刪掉部分源代碼之后，將會(huì)給整個(gè)系統(tǒng)帶來(lái)什么影響，這是很難預(yù)估的，因而會(huì)給系統(tǒng)的可靠性帶來(lái)極大的隱患。

所以說(shuō)，如果一個(gè)軟件平臺(tái)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(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，在軟件項(xiàng)目的工程階段，隨時(shí)利用軟件配置方法實(shí)現(xiàn)軟件構(gòu)件的“即插即用”?？梢姡刹眉粜耘c開放源代碼是兩個(gè)完全不同的概念。

可裁剪性帶給用戶的一個(gè)最直接的好處是硬件成本降低，這對(duì)于成本敏感的應(yīng)用，如消費(fèi)電子類設(shè)備，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。由于設(shè)備中只包含應(yīng)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(jiǎn)單、易把握，從而提高系統(tǒng)的可靠性。

可裁剪性還與可擴(kuò)展性和可靠性密切相關(guān)，因?yàn)檐浖?guī)模縮減和增加可以采用同樣的軟件配置技術(shù)，而可裁剪性如果處理不好就勢(shì)必影響到系統(tǒng)的可靠性。

VxWorks迎來(lái)設(shè)備軟件的積木時(shí)代

實(shí)際上，VxWorks以前的版本也同樣具有很好的可裁剪性和可擴(kuò)展性，因?yàn)樗脑O(shè)計(jì)是以構(gòu)件和參數(shù)的形式進(jìn)行的，只是其中的構(gòu)件都是以預(yù)先編譯庫(kù)的形式存在，通過(guò)符號(hào)參照表與系統(tǒng)連接起來(lái)。在VxWorks 6.2中，操作系統(tǒng)的配置通過(guò)更巧妙的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，支持更小巧的模塊、更精準(zhǔn)的方式來(lái)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(nèi)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(lái)對(duì)VxWorks進(jìn)行配置，這是一個(gè)新的重要特色。“Profile”提供了一種便捷的方式，構(gòu)成了操作系統(tǒng)的不同配置基礎(chǔ)，以便適應(yīng)不同的設(shè)備軟件產(chǎn)品以及軟件項(xiàng)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(kuò)展性，是因?yàn)椴捎昧司脑O(shè)計(jì)的三層結(jié)構(gòu)：最小內(nèi)核、基本內(nèi)核和基本操作系統(tǒng)，以簡(jiǎn)潔的微內(nèi)核作為最底層，逐層擴(kuò)展到完整的VxWorks配置(如圖1所示)。隨著層次的上升，相應(yīng)配置所支持的功能逐漸復(fù)雜多樣，這些配置工作可以采用風(fēng)河公司W(wǎng)orkbench或者vxpri實(shí)現(xiàn)，以便作為各種設(shè)備軟件開發(fā)項(xiàng)目的基礎(chǔ)。盡管經(jīng)過(guò)各種不同裁剪配置的VxWorks都短小精悍，但仍然可以形成一個(gè)完整鏈接的操作系統(tǒng)映像，可以引導(dǎo)和運(yùn)行應(yīng)用軟件。值得指出的是，為特定項(xiàng)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(xiàng)目后來(lái)的進(jìn)程要求隨時(shí)增加或者減少某些部件，最終得到一個(gè)最精煉的配置。

采用新的VxWorks 6.2，可以大幅度縮減軟件在設(shè)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(dāng)前應(yīng)用軟件不會(huì)用到的部分，甚至可以用其他第三方的模塊來(lái)取代操作系統(tǒng)中的某個(gè)模塊?，F(xiàn)在，設(shè)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(diào)度程序，以便適應(yīng)自己獨(dú)特的芯片、設(shè)備類型或者運(yùn)行平臺(tái)。而且VxWorks操作系統(tǒng)在設(shè)備中所占用的存儲(chǔ)空間比以前的標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用領(lǐng)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(chǔ)器占用量和整體的存儲(chǔ)器需要量。例如，在消費(fèi)電子領(lǐng)域，手機(jī)和數(shù)碼相機(jī)所采用的電源管理方案就是不同的。再比如，在手機(jī)中，當(dāng)用戶正在輸入聯(lián)系人信息的時(shí)候，突然有電話呼入，你應(yīng)該采取怎樣的設(shè)計(jì)方案來(lái)處理？而在數(shù)碼相機(jī)中又會(huì)遇到完全不同的問(wèn)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(yīng)用需求對(duì)操作系統(tǒng)模塊進(jìn)行取舍。

“裁剪”不能沒(méi)有測(cè)試

與“可裁剪性”密切相關(guān)的是軟件開發(fā)的測(cè)試能力，因?yàn)槿绻麤](méi)有高效率的測(cè)試工具，“即插即用”的可靠性就會(huì)失去保證。因此，風(fēng)河公司在推出VxWorks 6.2的同時(shí)，還在其配套的基于Eclipse的開發(fā)工具Workbench加強(qiáng)了單元測(cè)試和代碼診斷能力。

升級(jí)后的Workbench是一個(gè)功能完善、基于Eclipse開發(fā)環(huán)境的設(shè)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(fēng)河公司還為這個(gè)開發(fā)環(huán)境增加了一個(gè)配置和向?qū)Чぞ?，幫助設(shè)備軟件開發(fā)人員對(duì)框架部件和模塊進(jìn)行命名和管理，并且把整個(gè)系統(tǒng)快速建構(gòu)起來(lái)。

采用新的Workbench，設(shè)備軟件開發(fā)者還可以導(dǎo)入和修改并非出自風(fēng)河的Linux內(nèi)核。如今Linux在設(shè)備軟件中得到大量應(yīng)用，但是有些Linux的軟件包并不能直接拿來(lái)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(shè)備軟件開發(fā)者完成這些工作，而且完全兼容Eclipse 3.1。 

風(fēng)河公司通過(guò)收購(gòu)RTI公司獲得了更好的靜態(tài)分析、代碼測(cè)試和診斷能力，已經(jīng)作為Workbench的可選附加軟件提供給設(shè)備軟件開發(fā)者。新的單元測(cè)試軟件可幫助軟件開發(fā)者實(shí)施單元測(cè)試的自動(dòng)化。目前大多數(shù)設(shè)備軟件開發(fā)環(huán)境中，單元測(cè)試仍然是手工逐步完成的，新的測(cè)試工具可以幫助軟件工程師自動(dòng)完成測(cè)試代碼的生成、編寫、報(bào)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(duì)代碼進(jìn)行重新編譯，即可在實(shí)際部署和運(yùn)行的系統(tǒng)中執(zhí)行調(diào)試操作。開發(fā)人員可以動(dòng)態(tài)地放置測(cè)試點(diǎn)，在代碼中的任何地方收集和跟蹤信息，不論是應(yīng)用層、中間件層還是內(nèi)核都不例外。

面對(duì)消費(fèi)電子市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，設(shè)備軟件開發(fā)所面臨的最大挑戰(zhàn)是在最短的時(shí)間內(nèi)開發(fā)出功能可靠、節(jié)省成本的應(yīng)用系統(tǒng)。風(fēng)河公司VxWorks 6.2和Workbench 2.4不僅是多年設(shè)備軟件開發(fā)經(jīng)驗(yàn)積累的結(jié)晶，也是設(shè)備軟件開發(fā)者應(yīng)對(duì)當(dāng)今市場(chǎng)挑戰(zhàn)和順應(yīng)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的得力助手。