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1、精品word学习资料可编辑VxWorks SMP多核编程指南本文摘自vxworks_kernel_programmers_guide_6.8第 24 章1. 介绍VxWorks SMP 是风河公司为VxWorks 设计的 symmetric multiprocessing （ SMP）系统；它与风河公司的 uniporcessor（ UP）系统一样，具备实时操作系统的特性；本章节介绍了风河VxWorksSMP 系统的特点；介绍了VxWorksSMP 的配置过程，它与 UP 编程的区分，仍有就是如何将UP 代码移植为 SMP 代码；2. 关于 VxWorks SMP多核系统指的是一个系统中包含两
2、个或两个以上的处理单元；SMP是多核技巧中的一个，它的主要特点是一个OS 运行在多个处理单元上，并且内存是共享的；另一种多核技巧是 asymmetric multiprocessing （ AMP ）系统，即多个处理单元上运行多个OS；（1） 技术特点关于 CPU 与处理器的概念在许多运算机相关书籍里有所介绍；但是，在此我们仍要对这二者在 SMP 系统中的区分进行详细说明；CPU ：一个 CPU 通常使用 CPU ID ，物理 CPU 索引，规律CPU 索引进行标示；一个CPU ID 通常由系统固件和硬件准备；物理 CPU 索引从 0 开头， 系统从 CPU0 开头启动， 随着 CPU 个数的
3、增加，物理CPU 索引也会增加；规律CPU 索引指的是 OS 实例；例如， UP 系统中规律 CPU 的索引永久是 0；对于一个 4 个 CPU 的 SMP 系统而言，它的 CPU 规律索引永久是 0 到 3，无论硬件系统中CPU 的个数；处理器 (processor)：是一个包含一个CPU 或多个 CPU 的硅晶体单元； 多处理器 (multiprocessor) ：在一个独立的硬件环境中包含两个以上的处理器；单核处理器 (uniprocessor) ：一个包含了一个CPU 的硅晶体单元；例如： a dual-core MPC8641D指的是一个处理器上有两个CPU ； a quad-cor
4、e Broadcom 1480 指的是一个处理器上有四个CPU ；在 SMP 系统上运行UP 代码总会遇到问题，即使将UP 代码进行了更新，也很难保证代码很好的利用了SMP 系统的特性；对于在SMP 上运行的代码，我们分为两个级别：SMP-ready ：虽然可以正常的运行在SMP 系统上，但是并没有很充分的利用SMP 系统的特点，即没有利用到多核处理器的优势；SMP-optimized ：不仅可以正常的运行在SMP 系统上，而且仍能很好的利用SMP 系统的特点，使用多个CPU 使多个任务可以同时执行，提高系统的效率，比UP 系统的成效更加明显；（2） VxWorks SMP OS特点VxWor
5、ks 单核编程（ UP）与 SMP 编程在多数情形下是一样的；类似的，多数API 在名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑UP 和 SMP 编程中是通用的；一些少数UP 编程中的 API 不能在 SMP 中使用；与此同时， SMP 中的一些 API 在 UP 中使用时表现的不是SMP 中的成效，而是默认UP 的成效，或者压根就不能使用（例如，task spinlock 默认表现为task lock ）；本小节将简短介绍一下VxWorks 的对称多处理器的一些特点：多任务：对于传统的UP 系统而言，处理多任务的方法是通过任务优先级对CPU 资源进行抢占式处理的；而SMP 系统就转变了这种
6、方法，它是实实在在的任务，中断的同时执行；实现同时执行的关键是多个任务可以在不同的CPU 上执行，当然这需要OS 的和谐把握；对于 UP 系统中多任务所谓的同时执行，其实只不过是CPU 的快速切换，占有 CPU 的任务由一个快速切换到另一个；在SMP 系统中，同时执行不是幻想而是实实在在存在的；任务调度机制： VxWorksSMP 系统中的任务调度机制与UP 中的类似，都是基于优先级的；不同的是，当不同的任务运行在不同的CPU 上时，可以实现两个任务的同时执行；互斥：由于 SMP 系统答应任务同时运行的情形存在，因此，在 UP 系统中通过关中断，锁任务调度等这些爱惜临界资源的手段在 SMP 系
7、统中将不再适用； 这种在全部 CPU 上通过强行关闭中断，锁任务调度的方法会影响到 SMP 系统发挥它的特点，将 SMP 系统带回到UP 系统的模式； VxWorks SMP 供应一套特别的任务间，中断间同步 /互斥的方法即 UP中的taskLock() 和 intLock() 等将会被VxWorksSMP供应的spinlock ，原子操作以及CPU-specific 等机制替代；CPU-Affinity ：默认情形下，任意任务可以运行在任意 CPU 上； VxWorks SMP 供应了一种叫做 CPU-Affinity 的机制，即可以支配任务到指定 CPU （ CPU 规律索引）上执行；（3
8、） VxWorks SMP 硬件特点VxWorksSMP 系统要求硬件必需具备对称多处理器；这些处理器必需是一样的，处理器可以共享内存， 可以公正的拜望全部设备； VxWorks SMP 必需遵循 uniform memory access (UMA) 结构；图 1 显示了一个双CPU 的 SMP 系统名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑图 1 SMP 硬件结构无论 SMP 系统中 CPU 的个数是多少，它们的重要特点是一样的：a. 内存对全部 CPU 可见， 不存在 “只属于某个 CPU 的内存” 的情形； 即任意 CPU 可以在任意内存中执行代码；b. 每个 CPU 都有 Mem
9、ory Management Unit(MMU)； MMU 可以使任务在不同的虚拟内存中同时运行；例如，RTP1 的一个任务可以在CPU0 上运行，与此同时， RTP2 的一个任务可以在 CPU1 上运行；c. 每个 CPU 可以拜望全部设备；设备产生的中断可以通过可编程中断把握器发送到任意CPU 上执行；d. 通过多 CPU，任务和 ISR 可以实现同步；通过spinlock ，任务和 ISR 可以实现互斥；名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑e. Snoop bus 的作用是使 CPU 之间的 data cache总是保持前后一样性；（4） VxWorks SMP与 AMP的对比
10、关于 SMP 与 AMP 系统中对内存拜望的对比如图2 所示：图 2 SMP 系统对内存的占用情形在 SMP 系统中， 全部物理内存被全部CPU 共享；内存空间可以用来储存VxWorks SMP镜像， Real-Time Process(RTP)等；全部 CPU 可以读，写，运行全部内存；内核任务，用户任务可以在任意 CPU 中执行；在 SMP 系统中，全部内存，设备被全部CPU 共享， CPU 之间的主要通讯是如何防止“同时拜望共享资源”的情形发生；名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑图 3 AMP 系统对内存的占用情形在 AMP 系统中， 每个 CPU 对应一个 VxWorks
11、镜像的拷贝， 它们只能被对应的 CPU 拜望；因此， CPU1 中执行的内核任务不行能在 CPU0 的内存中执行，反之亦然；对于 RTP 也是一样的；在 AMP 系统中，一些内存是共享的，但是在这些共享内存中读写数据是严格受到把握的；例如，在两个 VxWorks 镜像中传递数据等；硬件资源依据 OS 被划分，因此 CPU 之间的通信只有在拜望共享内存时才会发生；3. VxWorks SMP 配置说明Spinlock的调式版本组件INCLUDE_SPINLOCK_DEBUG供应了 spinlock 的版本，这对调试SMP APP 有帮忙；在包含 INCLUDE_SPINLOCK_DEBUG的同时
12、，最好要加入INCLUDE_EDR_ERRLOG组件，它可以记录 spinlock 的错误信息；CPU配置参数组件INCLUDE_KERNEL组件中包含了一些对VxWorks SMP 参数的配置，包括：VX_SMP_NUM_CPUS代表 VxWorks SMP 的使能 CPU 个数；全部体系结构的最大使能CPU 个数如下： ARM=4 ， IA32=8 ，MIPS=32 ，PowerPC=8 ， VxWorks Simulator=32 ；ENABLE_ALL_CPUS默认是 TRUE ，代表全部已配置的CPU 使能； 这个参数也可以设置为 FALSE ，一般出于调试目的， 此时只有规律CPU
13、0 是使能的，只有通过 kernelCpuEnable() 才可以使能指定的CPU ；VX_ENABLE_CPU_TIMEOUT代表 CPU 使能超时时长，当ENABLE_ALL_CPUS是TRUE时，该值表示全部CPU 的使能时长，当ENABLE_ALL_CPUS是 FALSE时，在kernelCpuEnable() 被调用时，它用来表示CPU 的启动时长；名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑VX_SMP_CPU_EXPLICIT_RESERVE表示将指定 CPU 排除在“可使用 CPU-Affinity属性的 CPU 池”之外；它是一个字符串， 如填写“ 2 3 7”，就代表 C
14、PU2，3,7 不能使用 CPU-Affinity属性；即不能通过taskCpuAffinitySet() 支配任务到这些CPU 上运行；当某个 CPU 被 VX_SMP_CPU_EXPLICIT_RESERVE包含，唯独能够使他们复原预留属性的方法是调用vxCpuReserve()；4. 在多核 AMP 系统上配置 VxWorks SMP略5. 启动 VxWorks SMP在 WorkBench 开启后会有一个默认的SMP 的 simulator ，如图 4 所示：图 4 WR 自带的 SMP 虚拟机点击连接后启动，启动过程如图5 所示，代表目前已经进入VxWorks SMP 系统以及当前
15、CPU 的个数；名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑图 5 SMP 虚拟机启动过程启动后在 SHELL 中输入 i 可以查看系统目前运行的任务，你会发觉两个们分别运行在两个不同的CPU 上；如图 6 所示；idle 任务，它图 6 SMP 系统任务运行情形6. VxWorks SMP 编程VxWorks 单核编程（ UP）与 SMP 编程在多数情形下是一样的；类似的，多数API 在UP 和 SMP 编程中是通用的；一些少数UP 编程中的 API 不能在 SMP 中使用；与此同时， SMP 中的一些 API 在 UP 中使用时表现的不是SMP 中的成效，而是默认UP 的成效，或者名师归纳总结欢迎下载精品word学习资料可编辑压根就不能使用（例如， task spinlock 默认表现为 task lock ）；由于 SMP 系统的特别性，因此S
