VxWorks 7自启动应用程序的四种方法

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§ 2: 本文

本文介绍了VxWorks 7系统下自启动应用程序的四种方法。

在开始之前我们先来了解一下一些vxworks的一些基础知识。

VxWorks工程
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VxWorks 7 可以创建以下几种典型的工程：

Project Type	Output
VSB (VxWorks Source Build)	.a
VIP	(VxWorks Image Project)
DKM (Downloadable Kernel Module)	.out
RTP(Real-Time Process)	.vxe

VSB: 基于某个特定的bsp，根据支持的cpu架构，把vxworks内核源码编译成静态库。
- 注意这里这是只是把内核源码编译成库，供后续创建的VIP工程使用，并不会产生任何的映像文件。
- 内核公共代码预先编译成库，也可以加速用户VIP工程的编译速度。另外也说明，如果你修改了内核代码，你需要重新编译VSB工程才会生效。
VIP: VxWorks 用户自定义的VxWorks映像工程。
- 把用户选择的各种内核组件(使用CDF文件描述)，根据vxworks的启动顺序编译链接起来，得到常用的VxWorks映像。
- 各种内核组件在VSB工程中已经预先编译好，供VIP工程挑选使用。
DKM: VxWorks内核态应用程序。可加载的内核模块，类似如linux下的ko文件。
- 对于跑在内核态的用户代码，即可以添加到VIP工程中，也可以使用DKM工程独立成内核模块。
- 在VxWorks启动完成后，使用`ld < xxx.out`的命令来动态加载。
RTP: VxWorks用户态应用程序。
- 跑在用户态的用户代码，使用RTP工程编译成.vxe文件。
- 在vxworks启动完成后，使用“rtp exec xxx.vxe”命令来执行。

VxWorks shell
#

VxWorks拥有自己的命令行交互工具kernel shell，比较特殊的是shell有两种模式分别支持两种解析器：C Interpreter和Command Interpreter。

Mode	提示符	模式切换
C Interpreter	`->`	使用“cmd”命令切换到Command Interpreter模式
Command Interpreter	`#`	使用“C”命令切换到C Interpreter模式

C Interpreter 设计的目的是用来监控、调试内核代码。它最大的特点是可以直接调用函数名来执行，非常方便调试
Command Interpreter 设计的目的是用来启动、监控、调试用户态的RTP应用程序。它提供了很多专门的调试命令，类似于linux shell

详细描述可以参考文档：
“installDir\docs\vxworks-7-1.0.8.6\Core\vxworks_7_programmers_guide.pdf”

内核应用程序(DKM)自启动
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需求来源
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用户有两个内核应用程序，已经使用DKM工程编译成了.out文件：pruss_eth.out，s24_DriveRotationCiA402.out，在shell的C Interpreter模式下可以动态加载和运行：

step 1: 手工加载pruss_eth.out，并调用prussStart()函数进行运行：

-> ld < /mmc1:1/pruss_eth.out
value = 541560848 = 0x20479010
-> prussStart
init PRUSS2: physical memory 4B280000-4B2BFFFF
init PRUSS2: interrupts #186 #187
PRUSS2: Download firmware to PRU0
PRUSS2: Download firmware to PRU1
PRUSS2: start PRU0
PRUSS2: start PRU1
value = 0 = 0x0

step 2: 手工加载s24_DriveRotationCiA402.out，并调用main()函数进行运行：

-> ld < /mmc1:1/s24_DriveRotationCiA402.out
Warning: module 0x20479874 holds reference to undefined symbol EcatMasterServerStop.
Warning: module 0x20479874 holds reference to undefined symbol EcatMasterServerCreate.
Warning: module 0x20479874 holds reference to undefined symbol MasterStartPIClientProcessor.
Warning: module 0x20479874 holds reference to undefined symbol MasterStopPIClientProcessor.
Warning: module 0x20479874 holds reference to undefined symbol EcatMasterServerStart.
Warning: module 0x20479874 holds reference to undefined symbol EcatMasterServerDelete.
ld(): module contains undefined symbol(s) and may be unusable.
value = 0 = 0x0
-> main
 Initialize Master ...
 
 Create Master instance ...
 
 Get network adapter name ...
         Network adapters count:
 
 Attach Master to adapter 'kpa_pruss0' ...
 
 Create Configurator instance to load configuration ...
 
 Loading ENI '/master.xml' ...
 
 ...

用户希望在做硬件测试或者正式产品时，以上两步骤能够自动运行。

方案1(失败)
#

VxWorks支持使用INCLUDE_RTP_APPL_INIT_BOOTLINE组件来配置系统启动时自动运行C Interpreter格式的脚本，我们尝试使用此方法来实现系统启动时自加载DKM并运行。

首先我们在VIP工程的配置选项中，使能INCLUDE_RTP_APPL_INIT_BOOTLINE选项：

VIP工程的SCRIPT_DEFAULT选项设置为我们需要运行的脚本“/mmc1:1/autorun_c.sh”：

** SCRIPT_DEFAULT **主要的作用是设置default bootline中的startup script选项。VxWorks在INCLUDE_RTP_APPL_INIT_BOOTLINE使能的情况下，会在启动阶段执行bootline中startup script选项描述的C脚本：

usrRoot() -> usrToolsInit() -> usrShellInit():
 
void usrShellInit (void)
    {
    shellLibInit ();                        /* This component includes the shell core files. */
    shellHistLibInit ();                    /* This component provides the histSave() and histLoad() functions for the C interpreter. */
    dbgLibInit (DEBUG_STACK_TRACE_BUF_SIZE);/* This component includes the primary interactive functions for VxWorks.
                                             * The following facilities are provided: task breakpoints, task single-stepping,
                                             * symbolic disassembly, symbolic task stack tracing. */
    vxdbgRtpLibInit ();                     /* This component includes the process debugging library. */
    ledModeRegister (emacsLedLibInit);      /* This component provides an editing mode similar to the Emacs editor. */
    shellInterpRegister (shellInterpCInit); /* This component provides the C interpreter for the kernel shell. */
    shellInterpRegister (shellInterpCmdInit);   /* This component provides the command interpreter for the kernel shell. */
    usrShellCmdInit ();                     /* The kernel shell commands initialization sequence */
 
	/* (1) 从bootline参数的startupScript选项中解析出脚本名，并执行 */
    usrStartupScript (startupScriptFieldSplit (sysBootParams.startupScript));
                                            /* Including this component results in the execution of a kernel shell script at VxWorks startup. */
    usrShell ();    /* This component includes the target-resident kernel shell,
                     * which is spawned as a task. Any function that is invoked from the kernel shell,
                     * rather than spawned, runs in the shell's context.
                     * The task name for a shell on the console is "tShell0".
                     * The kernel shell is re-entrant, and more than one shell task can run at a time (hence the number suffix).
                     * In addition, if a user logs in remotely (using rlogin or telnet) to a VxWorks target,
                     * the name reflects that fact as well. For example, "tShellRem1".
                     * The "tShell" basename is configurable, see the VxWorks 7 Kernel Shell User's Guide.
                     */
    }

如果使用VxWorks自带的bootloader，可以在boot cmd命令行中配置bootline的startup script选项:

startup script (s) : /mmc1:1/autorun_c.sh

但是我们目前方案的bootloader使用的是uboot，所以我们只需配置好默认bootline中的startup script选项。

autorun_c.sh脚本中的内容非常简单，就是我们手工执行时需要键入的4条指令：

ld < /mmc1:1/pruss_eth.out
prussStart
ld < /mmc1:1/s24_DriveRotationCiA402.out
main

运行结果：实际的运行结果，发现VxWorks启动后，卡住几分钟才能执行到autorun_c.sh脚本：

 
 Adding 11197 symbols for standalone.   // vxworks启动完成
 
 
                                        // 卡住了好几分钟
 
Waiting for device to mount             // autorun_c.sh脚本才得到执行
Executing startup script '/mmc1:1/autorun_c.sh'...
 
ld < /mmc1:1/pruss_eth.out
value = 541474832 = 0x20464010
prussStart
init PRUSS2: physical memory 4B280000-4B2BFFFF
init PRUSS2: interrupts #186 #187
PRUSS2: Download firmware to PRU0

...

初步分析卡住的原因：

在“usrRoot() -> usrToolsInit() -> usrShellInit()->usrStartupScript()”这个时间点执行“/mmc1:1/autorun_c.sh”脚本时，“/mmc1:1/”设备并没有mount好，usrStartupScript()函数中重试机制在不停的重新尝试执行，但是这个重试机制又会阻止“/mmc1:1/”的mount进程，所以会卡死很久。

因为没有深入研究VxWorks的初始化流程，我们先尝试使用别的方法，后续有时间可以研究卡住问题的解决方案。

方案2(成功)
#

VxWorks执行自定义内核程序，还有一个公共的入口在usrAppInit()函数当中，函数调用关系如下：

void usrRoot (char *pMemPoolStart, unsigned memPoolSize)
{
    ...
 
    usrToolsInit ();    // 这里进行usrShellInit()->usrStartupScript()的调用
    usrAppInit (); 
    
    ...
}

可以看到usrAppInit()调用点比方案1的usrShellInit()调用点靠后，我们尝试在usrAppInit()里面实现内核模块DKM的自加载。

我们在usrAppInit()函数中直接调用usrStartupScript()来运行"/mmc1:1/autorun_c.sh"脚本：

void usrAppInit (void)
    {
#ifdef	USER_APPL_INIT
	USER_APPL_INIT;		/* for backwards compatibility */
#endif
 
    /* TODO: add application specific code here */
	
	ioDefPathSet("/mmc1:1/");
	
	usrStartupScript("/mmc1:1/autorun_c.sh");
    }

autorun_c.sh脚本的内容还是和方案1一样：

ld</mmc1:1/pruss_eth.out
prussStart
ld</mmc1:1/s24_DriveRotationCiA402.out
main

运行结果：

VxWorks启动后，没有卡住的现象，autorun_c.sh脚本能迅速得到执行：

 Adding 11197 symbols for standalone.
 
Waiting for device to mount
.->
Executing startup script '/mmc1:1/autorun_c.sh'...
 
ld < /mmc1:1/pruss_eth.out
value = 541536272 = 0x20473010
prussStart
init PRUSS2: physical memory 4B280000-4B2BFFFF
init PRUSS2: interrupts #186 #187
PRUSS2: Download firmware to PRU0
PRUSS2: Download firmware to PRU1
PRUSS2: start PRU0
PRUSS2: start PRU1
value = 0 = 0x0
ld < /mmc1:1/s24_DriveRotationCiA402.out
Warning: module 0x204735b8 holds reference to undefined symbol EcatMasterServerStop.
Warning: module 0x204735b8 holds reference to undefined symbol EcatMasterServerCreate.
Warning: module 0x204735b8 holds reference to undefined symbol MasterStartPIClientProcessor.
Warning: module 0x204735b8 holds reference to undefined symbol MasterStopPIClientProcessor.
Warning: module 0x204735b8 holds reference to undefined symbol EcatMasterServerStart.
Warning: module 0x204735b8 holds reference to undefined symbol EcatMasterServerDelete.
ld(): module contains undefined symbol(s) and may be unusable.
value = 0 = 0x0
 
Done executing startup script '/mmc1:1/autorun_c.sh'.
 
->

但细心的同学会发现autorun_c.sh脚本中的4条指令只执行了3条，最后一条"main"指令并没有得到执行，但是在shell下手工键入又可以得到执行，这是为什么呢？

首先怀疑main这个符号和其他人重名，造成调用失败。但是查找符号表后，发现并没有重名情况：

->
-> cmd
[vxWorks *]#
[vxWorks *]# lookup main
ipnet_radvd_main          0x001b8988 text
main                      0x00c9976c text     (s24_DriveRotationCiA402.out)
ipftpc_cmd_main           0x001325bc text
vxbClkDomainInit          0x003d5c00 text
tiClkDomainDrv            0x004cf6fc data
vxbClkDomainRegister      0x003d4af8 text
ipnet_flow_spec_domain    0x0015bc78 text
ipftps_main               0x001374a8 text
__dataset__driver_tiClkDomainDrv 0x004ddaa4 data
[vxWorks *]#

进一步分析运行log发现一个情况：同样是加载.out文件，ld < /mmc1:1/pruss_eth.out的返回值0x20473010其实是pruss_eth.out 加载后的MODULE ID，但是ld < /mmc1:1/s24_DriveRotationCiA402.out的返回值却为0:

-> cmd
[vxWorks *]# module
 
MODULE NAME     MODULE ID  GROUP #    TEXT START DATA START  BSS START
--------------- ---------- ---------- ---------- ---------- ----------
pruss_eth.out   0x20473010          1 0x00b59010 0x00b5b0e4 NO SEGMENT
s24_DriveRotati 0x20473874          2 0x00b5c010 0x00cade18 0x00cb4064

于是怀疑ld < /mmc1:1/s24_DriveRotationCiA402.out的加载过程出错，autorun_c.sh脚本执行中断，造成了随后的main命令没有得到运行。在ld < /mmc1:1/s24_DriveRotationCiA402.out我们可以看到有几个人符号没有得到解析的告警，虽然module还是加载上了还能手工执行，但是这个出错可能会中断脚本的运行：

...
Warning: module 0x204735b8 holds reference to undefined symbol EcatMasterServerStart.
Warning: module 0x204735b8 holds reference to undefined symbol EcatMasterServerDelete.
ld(): module contains undefined symbol(s) and may be unusable.

沿着这个分析方向，让用户编译一份没有符号解析错误的.out文件进行测试。

没有符号解析错误的.out，运行结果：

用户编译了一份没有符号解析错误的newmaster.out，来替换之前出错的s24_DriveRotationCiA402.out，autorun_c.sh脚本中的4条指令能够完美的得到执行：

 Adding 11197 symbols for standalone.
 
Waiting for device to mount
.-> Instantiating /sd0:2 as rawFs,  device = 0x50001
 
Executing startup script '/mmc1:1/autorun_c.sh'...
 
ld < /mmc1:1/pruss_eth.out
value = 541560848 = 0x20479010
prussStart
init PRUSS2: physical memory 4B280000-4B2BFFFF
init PRUSS2: interrupts #186 #187
PRUSS2: Download firmware to PRU0
PRUSS2: Download firmware to PRU1
PRUSS2: start PRU0
PRUSS2: start PRU1
value = 0 = 0x0
ld < /mmc1:1/newmaster.out
value = 541562996 = 0x20479874 = 't'
main
 
 Initialize Master ...
 
 Create Master instance ...
 
 Get network adapter name ...
         Network adapters count:
 
 Attach Master to adapter 'kpa_pruss0' ...
 
 Create Configurator instance to load configuration ...
 
 Loading ENI '/master.xml' ...
 
 Starting Master ...
         Master started.
 
 Start EtherCAT frames exchange ...
 
 Requesting Operational Master state ...
 
 ...

用户应用程序(RTP)自启动
#

在文档"installDir\docs\vxworks-7-1.0.8.6\Core\vxworks_7_programmers_guide.pdf"的"Automatic Execution of RTP Applications"章节，对RTP自启动的几种方法有着详细的描述，感兴趣可以自行学习。

我们以vxsim架构下的一个RTP程序为例来详细介绍这些方法。

首先我们创建了基于vxsim架构的VSB、VIP工程，并且创建了一个测试使用的RTP工程。测试代码的内容很简单：

rtp.c:
 
#include <stdio.h>
 
int main (
    int	   argc,	/* number of arguments */
    char * argv[]	/* array of arguments */
    ) {
	int i = 0;
	
	printf("Hello World!\nFrom your RTP application...\nBy pwl.\n");
	
	while(i<3){
		i++;
		taskDelay(100);
		printf("%d ticks\n", i*100);
	}
 
    return 0;
}

我们使用这个RTP工程编译出TestSimRtp.vxe映像文件。

手工执行TestSimRtp.vxe文件有两种方式：

在C shell下执行：

-> 
-> rtpSp "host:D:/pwl_workspace/TestSimRtp.vxe"
value = 941088064 = 0x3817dd40 = '@'
-> Hello World!
From your RTP application...
By pwl.
100 ticks
200 ticks
300 ticks
 
->

在Command shell下执行：

-> 
-> cmd
[vxWorks *]# rtp exec host:D:/pwl_workspace/TestSimRtp.vxe
Launching process 'host:D:/pwl_workspace/TestSimRtp.vxe' ...
Process 'host:D:/pwl_workspace/TestSimRtp.vxe' (process Id = 0x38cfb358) launched.
Hello World!
From your RTP application...
By pwl.
100 ticks
200 ticks
300 ticks
[vxWorks *]#

自动执行方式1 (RTP_APPL_INIT_STRING)
#

首先在vxsim的VIP工程中的配置选项中，使能INCLUDE_RTP_APPL_INIT_STRING选项：

配置其中的RTP_APPL_INIT_STRING参数：

RTP_APPL_INIT_STRING参数的具体内容为：

"#host:D:/pwl_workspace/TestSimRtp.vxe"

这个字符串的详细语法可以参考
"installDir\docs\vxworks-7-1.0.8.6\Core\vxworks_7_programmers_guide.pdf"中的"Application Startup String Syntax"小节。

启动vxworks simulator，查看运行结果，成功自动运行：

Loading symbol table from host:D:/pwl_workspace/TestSimVip/default/vxWorks.sym ...done
 
-> Spawning RTP: host:D:/pwl_workspace/TestSimRtp.vxe 
Hello World!
From your RTP application...
By pwl.
100 ticks
200 ticks
300 ticks
 
->

自动执行方式2 (RTP_APPL_INIT_BOOTLINE)
#

VxWorks支持使用INCLUDE_RTP_APPL_INIT_BOOTLINE组件来配置系统启动时自动运行C Interpreter格式的脚本，我们尝试使用此方法来实现系统启动时自动运行RTP程序。

首先我们在vxsim VIP工程的配置选项中，使能INCLUDE_RTP_APPL_INIT_BOOTLINE选项：

vxsim VIP工程的SCRIPT_DEFAULT选项设置：

startup script具体的配置如下：

"host:D:/pwl_workspace/autorun_c.sh#host:D:/pwl_workspace/TestSimRtp.vxe"

需要注意的是startup script中可以配置两种不同的自启动方式，上述的参数可以分成两部分：

“host:D:/pwl_workspace/autorun_c.sh”这部分配置的是VxWorks在启动阶段执行一个C Interpreter格式的脚本。autorun_c.sh脚本的具体内容如下：

rtpSp "host:D:/pwl_workspace/TestSimRtp.vxe"

需要特别注意的是，这里调用的是C Interpreter格式的脚本，后面的`RTP_APPL_INIT_CMD_SHELL_SCRIPT`方式调用的是Command Interpreter格式的脚本。

“#host:D:/pwl_workspace/TestSimRtp.vxe"这部分配置的语法和INCLUDE_RTP_APPL_INIT_STRING选项一样。

上述参数分别运行了一次TestSimRtp.vxe，所以TestSimRtp.vxe会被运行两次。

启动vxworks simulator，查看运行结果，成功自动运行两次：

Loading symbol table from host:D:/pwl_workspace/TestSimVip/default/vxWorks.sym ...done
 
// (1) 第一次执行，使用autorun_c.sh脚本的执行
Executing startup script 'host:D:/pwl_workspace/autorun_c.sh'...
 
rtpSp "host:D:/pwl_workspace/TestSimRtp.vxe"
value = 950476976 = 0x38a720b0
Hello World!
From your RTP application...
By pwl.
 
Done executing startup script 'host:D:/pwl_workspace/autorun_c.sh'.
 
// (2) 第二次执行，使用"#host:D:/pwl_workspace/TestSimRtp.vxe"选项配置的执行
-> Spawning RTP: host:D:/pwl_workspace/TestSimRtp.vxe 
Hello World!
From your RTP application...
By pwl.
100 ticks
100 ticks
200 ticks
200 ticks
300 ticks
300 ticks
->

自动执行方式3 (RTP_APPL_INIT_CMD_SHELL_SCRIPT)
#

首先我们在vxsim VIP工程的配置选项中，使能INCLUDE_RTP_APPL_INIT_CMD_SHELL_SCRIPT选项，并配置其中的RTP_APPL_CMD_SCRIPT_FILE参数：

参数的具体内容为：“host:D:/pwl_workspace/autorun_cmd.sh” 系统启动时自动运行配置的Command Interpreter格式的脚本autorun_cmd.sh,autorun_cmd.sh脚本的具体内容为：

rtp exec host:D:/pwl_workspace/TestSimRtp.vxe

启动vxworks simulator，查看运行结果，成功自动运行：

-> Executing startup script 'host:D:/pwl_workspace/autorun_cmd.sh'...
 
rtp exec host:D:/pwl_workspace/TestSimRtp.vxe
Launching process 'host:D:/pwl_workspace/TestSimRtp.vxe' ...
Process 'host:D:/pwl_workspace/TestSimRtp.vxe' (process Id = 0x38d3a890) launched.
Hello World!
From your RTP application...
By pwl.
100 ticks
200 ticks
300 ticks
 
Done executing startup script 'host:D:/pwl_workspace/autorun_cmd.sh'.
 
->

自动执行方式4 (RTP_APPL_USER)
#

首先我们在vxsim VIP工程的配置选项中，使能INCLUDE_RTP_APPL_USER选项：

在INCLUDE_RTP_APPL_USER选项被使能以后，vxworks启动时会调用usrRtpAppInit.c文件中的usrRtpAppInit()函数。我们可以在此函数中加入自己的rtp启动代码：

void usrRtpAppInit (void)
{
    /* TODO - add your own application launch code here */
 
    /* (1) 使用代码调用rtpSpawn()函数来运行TestSimRtp.vxe文件 */
	char * vxeName = "host:D:/pwl_workspace/TestSimRtp.vxe";
	char * argv[5];
	RTP_ID rtpId = NULL;

	/* set the application's arguments */
	argv[0] = vxeName;
	argv[1] = NULL;
	argv[2] = NULL;
	argv[3] = NULL;
	argv[4] = NULL;
	
    /* Spawn the RTP. No environment variables are passed */
	if ((rtpId = rtpSpawn (vxeName, argv, NULL, 220, 0x10000, 0, 0)) == NULL)
	{
		printf ("Impossible to start %s application ", vxeName);
	}
 
}

启动vxworks simulator，查看运行结果，成功自动运行：

-> Hello World!
From your RTP application...
By pwl.
100 ticks
200 ticks
300 ticks
 
->

app - 这篇文章属于一个选集。

§ 1: 基于VxWorks 系统的航电激励器设计与实现

§ 2: 本文

基于VxWorks 系统的航电激励器设计与实现

2024-10-20

VxWorks Avionics ARINC429

VxWorks工程 #

VxWorks shell #

内核应用程序(DKM)自启动 #

需求来源 #

方案1(失败) #

方案2(成功) #

用户应用程序(RTP)自启动 #

自动执行方式1 (RTP_APPL_INIT_STRING) #

自动执行方式2 (RTP_APPL_INIT_BOOTLINE) #

自动执行方式3 (RTP_APPL_INIT_CMD_SHELL_SCRIPT) #

自动执行方式4 (RTP_APPL_USER) #

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