qnx

qnx簡(jiǎn)介

　　Gordon Bell和Dan Dodge在1980年成立了Quantum Software Systems公司，他們根據(jù)大學(xué)時(shí)代的一些設(shè)想寫出了一個(gè)能在IBM PC上運(yùn)行的名叫QUNIX（Quick UNIX）的系統(tǒng)，直到AT&T發(fā)律師函過(guò)來(lái)才把名字改成QNX。

　　QNX是一種商用的遵從POSIX規(guī)范的類Unix實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，目標(biāo)市場(chǎng)主要是面向嵌入式系統(tǒng)。它可能是最成功的微內(nèi)核操作系統(tǒng)之一。

　　QNX是一種商用的類Unix實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，遵從POSⅨ規(guī)范，目標(biāo)市場(chǎng)主要是嵌入式系統(tǒng)［1］。QNX成立于1980年，是加拿大一家知名的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)商。

qnx百科

　　Gordon Bell和Dan Dodge在1980年成立了Quantum Software Systems公司，他們根據(jù)大學(xué)時(shí)代的一些設(shè)想寫出了一個(gè)能在IBM PC上運(yùn)行的名叫QUNIX（Quick UNIX）的系統(tǒng)，直到AT&T發(fā)律師函過(guò)來(lái)才把名字改成QNX。

　　QNX是一種商用的遵從POSIX規(guī)范的類Unix實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，目標(biāo)市場(chǎng)主要是面向嵌入式系統(tǒng)。它可能是最成功的微內(nèi)核操作系統(tǒng)之一。

　　QNX是一種商用的類Unix實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，遵從POSⅨ規(guī)范，目標(biāo)市場(chǎng)主要是嵌入式系統(tǒng)［1］。QNX成立于1980年，是加拿大一家知名的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)商。

　　QNX的應(yīng)用范圍極廣，包含了：控制保時(shí)捷跑車的音樂和媒體功能、核電站和美國(guó)陸軍無(wú)人駕駛Crusher坦克的控制系統(tǒng)［2］，還有RIM公司的BlackBerry PlayBook平板電腦。

　　2004年10月27日，QNX 軟件系統(tǒng)宣布它已經(jīng)接受來(lái)自音響設(shè)備制造商 Harman 國(guó)際工業(yè)公司（紐約證券交易所： HAR）的購(gòu)買提議。 作為Harman 的最新子公司高級(jí)商標(biāo)的國(guó)際家庭，包括 Harman Kardon，JBL 和Becker，QNX 現(xiàn)在將會(huì)加速它的生長(zhǎng)，向?yàn)橄冗M(jìn)的嵌入式運(yùn)用，變成優(yōu)先的操作系統(tǒng)。哈曼集團(tuán)以1.38億美元的現(xiàn)金收購(gòu)了QNX，但也因此承擔(dān)了1.38億美元的債務(wù)。

　　2010年04月14日，黑莓手機(jī)（BlackBerry）制造商RIM（Research In Motion Ltd.，RIM）將收購(gòu)哈曼國(guó)際工業(yè)集團(tuán)（Harman International Industries Inc.，HAR）旗下的QNX軟件公司，以獲取其車載無(wú)線連接技術(shù)。QNX這個(gè)原本的渥太華公司，在被美國(guó)哈曼國(guó)際 Harman 在買走6年后，又重返加拿大。QNX主要開發(fā)汽車，通訊設(shè)備所使用的操作系統(tǒng)，哈曼國(guó)際的主業(yè)則是汽車音像和娛樂設(shè)備。此次交易將使得RIM，QNX和哈曼工業(yè)在智能手機(jī)和車載音頻娛樂系統(tǒng)之間找到合作空間。

　　QNX被RIM并購(gòu)的消息傳出，才讓這個(gè)在中國(guó)的認(rèn)知度并不高的“默默無(wú)聞”的操作系統(tǒng)廠商被大家所熟知。但在汽車領(lǐng)域，QNX早已是最大的操作系統(tǒng)供應(yīng)商。據(jù)不完全資料顯示，QNX在車用市場(chǎng)占有率達(dá)到75%，目前全球有超過(guò)230種車型使用QNX系統(tǒng)，包括哈曼貝克、德爾福、大陸、通用電裝、愛信等知名汽車電子平臺(tái)都是在QNX系統(tǒng)上搭建的。幾乎全球所有的主要汽車品牌包括謳歌、阿爾法-羅密歐、奧迪、寶馬、別克、凱迪拉克、雪弗蘭、克萊斯勒、戴姆勒、道奇、菲亞特、福特、通用汽車、本田、悍馬、現(xiàn)代、英菲尼迪、捷豹、吉普、藍(lán)旗亞、馬自達(dá)、馬賽地、迷你寶馬、三菱、尼桑、歐寶、龐迪克、保時(shí)捷、薩博、土星、雙龍、豐田和大眾汽車等目前都采用了基于QNX技術(shù)的系統(tǒng)。

　　除汽車領(lǐng)域之外，QNX的最大客戶訂單來(lái)源于思科系統(tǒng)，其中高端路由設(shè)備幾乎全部采用QNX操作系統(tǒng)，因此，網(wǎng)絡(luò)通信也成為了QNX第二大應(yīng)用領(lǐng)域。此外，QNX與通用電氣、阿爾斯通、西門子、洛克希德·馬丁和NASA等公司都有著緊密合作，在軌道交通、醫(yī)療器械、智能電網(wǎng)及航空航天中，都發(fā)揮著積極作用。

　　QNX結(jié)構(gòu)

　　QNX是業(yè)界公認(rèn)的X86平臺(tái)上最好的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)之一。它具有獨(dú)一無(wú)二的微內(nèi)核實(shí)時(shí)平臺(tái)，建立在微內(nèi)核和完全地址空間保護(hù)基礎(chǔ)之上，實(shí)時(shí)、穩(wěn)定、可靠，已經(jīng)完成到PowerPC、MIPS、ARM等內(nèi)核的移植，成為在國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。雖然QNX本身并不屬于UNIX，但由于其提供了POSIX的支持，使得多數(shù)傳統(tǒng)UNIX程序在微量修改（甚至不需修改）后即可在QNX上面編譯與運(yùn)行。

　　QNX內(nèi)核簡(jiǎn)介

　　QNX的微內(nèi)核結(jié)構(gòu)是它區(qū)別于其它操作系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)。

　　平板式內(nèi)存結(jié)構(gòu)，如圖1所示，所有的程序都使用同一個(gè)地址空間，不加保護(hù)；應(yīng)用程序可以自由訪問所有空間，效率較高，但是任何應(yīng)用程序指針錯(cuò)誤都可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)核崩潰。

　　大內(nèi)核內(nèi)存結(jié)構(gòu)，如圖2所示，操作系統(tǒng)內(nèi)核和各種驅(qū)動(dòng)程序、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在同一個(gè)地址空間，應(yīng)用程序在單獨(dú)空間；內(nèi)核模塊同處于一個(gè)保護(hù)空間，運(yùn)行效率高，應(yīng)用程序無(wú)法直接訪問保護(hù)空間，系統(tǒng)穩(wěn)定性大大提高。缺點(diǎn)是，由于內(nèi)核模塊（例如網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)）處于保護(hù)空間，因此調(diào)試?yán)щy，任何驅(qū)動(dòng)程序的修改都要重新編譯內(nèi)核，無(wú)法做到驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)加載和卸載。

　　QNX的微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，內(nèi)核獨(dú)立自處于一個(gè)被保護(hù)的地址空間；驅(qū)動(dòng)程序、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和應(yīng)用程序處于程序空間中。

　　微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：①驅(qū)動(dòng)程序、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、文件系統(tǒng)等操作系統(tǒng)模塊和內(nèi)核相互獨(dú)立，任何模塊的故障都不會(huì)導(dǎo)致內(nèi)核的崩潰；②驅(qū)動(dòng)程序、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、文件系統(tǒng)和應(yīng)用程序都處于程序空間，都調(diào)用相同的內(nèi)核API，開發(fā)與調(diào)試和應(yīng)用程序沒有區(qū)別；③操作系統(tǒng)功能模塊可以根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)地加載或卸載，不需要編譯內(nèi)核。在高可靠性要求的情況下，可以編寫監(jiān)視模塊，對(duì)可靠性要求高的模塊進(jìn)行監(jiān)視，必要的時(shí)候重新啟動(dòng)或重新加載而無(wú)須重啟系統(tǒng)。高可靠性的內(nèi)核結(jié)構(gòu)使QNX具備了高可靠性嵌入式操作系統(tǒng)的本質(zhì)特征。

　　在具有高可靠性內(nèi)核的基礎(chǔ)上，QNX的創(chuàng)新設(shè)計(jì)使它同樣具有很高的效率。QNX最為引人注目的地方是，它是UNⅨ的同胞異構(gòu)體，保持了和UNⅨ的高度相似性，絕大多數(shù)UNⅨ或LINUX應(yīng)用程序可以在QNX下直接編譯生成。這意味著為數(shù)眾多的穩(wěn)定成熟的UNⅨ、LINUX應(yīng)用可以直接移植到QNX這個(gè)更加穩(wěn)定高效的實(shí)時(shí)嵌入式平臺(tái)上來(lái)。

　　QNX網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　QNX網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)由三個(gè)部分組成：網(wǎng)絡(luò)管理模塊（io-net）、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模塊、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊。

　　每個(gè)模塊各自具有不同的功能，但是它們具有一些相同的屬性。如：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)、TCP/IP協(xié)議棧分別對(duì)上層io-net模塊和應(yīng)用程序產(chǎn)生數(shù)據(jù)，兩者都可以被看作數(shù)據(jù)源；同時(shí)它們也接受上層發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，又可以同時(shí)被看作數(shù)據(jù)的消費(fèi)者。過(guò)濾模塊對(duì)向上的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，分協(xié)議進(jìn)行處理；對(duì)向下的數(shù)據(jù)則進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，如進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換NAT。轉(zhuǎn)換模塊負(fù)責(zé)不同協(xié)議幀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換，在以太網(wǎng)的工作環(huán)境下，它就負(fù)責(zé)對(duì)IP數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行以太網(wǎng)幀的封裝和解包。

　　和QNX其它服務(wù)進(jìn)程一樣，QNX的網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)也在內(nèi)核外部空間運(yùn)行。應(yīng)用程序面對(duì)的是一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)接口，硬件相關(guān)的內(nèi)容被完全包裝在網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)。

　　QNX網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的三個(gè)子模塊按層次分開，io-net模塊處于中心，是QNX網(wǎng)絡(luò)的核心和重點(diǎn)，其它模塊都掛接在它上面。數(shù)據(jù)和信息的流動(dòng)都必須經(jīng)由io-net調(diào)度與轉(zhuǎn)發(fā)，所有其它模塊所面對(duì)的就是一個(gè)單一主體。這樣的中心交換結(jié)構(gòu)，屏蔽了各個(gè)模塊間相互協(xié)調(diào)的復(fù)雜細(xì)節(jié)，在很大程序上方便了模塊的編寫工作；同時(shí)，io-net還是QNX的網(wǎng)絡(luò)管理中心。任何網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序都必須向io-net注冊(cè)，由它來(lái)加載，并接受io-net的配置和管理，用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的查詢和管理也是通過(guò)io-net來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

　　QNX網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)

　　QNX網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊處于網(wǎng)絡(luò)硬件和io-net模塊之間。驅(qū)動(dòng)模塊負(fù)責(zé)配置硬件使其正常工作，向io-net報(bào)告數(shù)據(jù)收發(fā)情況，接收和傳遞數(shù)據(jù)，接受io-net的調(diào)度和管理。QNX網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序依照以上功能，分為初始化、接收發(fā)送數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備信息統(tǒng)計(jì)幾個(gè)功能塊。要使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備工作正常，驅(qū)動(dòng)程序就要對(duì)它進(jìn)行一定的寄存器配置，同時(shí)，還要向QNX網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)注冊(cè)自己，表明網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的存在和網(wǎng)絡(luò)通信能力，才能為系統(tǒng)和應(yīng)用程序所用。在初始化工作完成以后，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備就進(jìn)入了工作狀態(tài)，收發(fā)數(shù)據(jù)。設(shè)備信息的統(tǒng)計(jì)也是由設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序來(lái)完成的。

　?、懦跏蓟?/p>

　　初始化包括兩個(gè)方面，一方面是初始化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，使其正常工作；另一個(gè)方面，是向io-net正確注冊(cè)驅(qū)動(dòng)模塊，表明自己的屬性，方便上層正確操作。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的初始化工作和硬件緊密相關(guān)，這里就不一一描述。

　　驅(qū)動(dòng)模塊向io-net加載自己的時(shí)候，系統(tǒng)遵循如下工作流程：

　　①io-net搜索全局的符合io_net_dll_entry。它定義了驅(qū)動(dòng)的初始化函數(shù)，io-net會(huì)直接調(diào)用這個(gè)函數(shù)。

　?、诔跏蓟瘮?shù)向io-net注冊(cè)驅(qū)動(dòng)和相應(yīng)的函數(shù)。

　?、鄢跏蓟瘮?shù)告訴io-net和它的模塊自己的通信能力。

　　經(jīng)過(guò)以上流程以后，io-net中就建立起有關(guān)此驅(qū)動(dòng)程序的數(shù)據(jù)和函數(shù)調(diào)用列表。驅(qū)動(dòng)程序必須正確編寫初始化函數(shù)，并將該函數(shù)正確鏈接至io_net_dll_entry。

　?、茝木W(wǎng)絡(luò)設(shè)備接收數(shù)據(jù)

　　當(dāng)有包到達(dá)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的時(shí)候，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備就會(huì)用某種方式通知驅(qū)動(dòng)程序（例如中斷），此時(shí)，驅(qū)動(dòng)程序就要采取某種策略來(lái)處理到來(lái)的幀或數(shù)據(jù)。通常驅(qū)動(dòng)程序這時(shí)候需要做以下工作：

　?、偻ㄟ^(guò)DMA將包取回來(lái)；

　?、谧鱿鄳?yīng)的必要處理，如通知網(wǎng)絡(luò)設(shè)備釋放當(dāng)前幀的緩存，配置寄存器讓網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等待下一幀到來(lái)等；

　?、弁ㄟ^(guò)調(diào)用io-net的tx_up_start（）函數(shù)把包傳遞給上層模塊。

　　當(dāng)上層所有的模塊都完成對(duì)這個(gè)包的處理以后，io-net調(diào)用我們驅(qū)動(dòng)中的tx_done（）函數(shù)，它來(lái)做最后的處理工作。

　　tx_up_start（）函數(shù)是設(shè)備驅(qū)動(dòng)中比較關(guān)鍵的函數(shù)，下面簡(jiǎn)要部分一下這個(gè)函數(shù)的入口參數(shù)。

　　npkt_t*（*tx_up_start）（int registrant_hdl，

　　nptk_t *npkt，

　　int off，

　　int framelen_sub，

　　uint16_t cell，

　　uint 16_t endpoint，

　　uint16_t iface，

　　void *done_hdl）

　　其中：int registrant_hdl--本驅(qū)動(dòng)在io-net中的句柄，注冊(cè)時(shí)由io-net生成；

　　nptk_t *npkt --需要處理的包的指針；

　　int off--底層協(xié)議包頭長(zhǎng)度，如以太網(wǎng)幀頭部長(zhǎng)度；

　　int framelen_sub--尾部填充的長(zhǎng)度，對(duì)于以太網(wǎng)這個(gè)值為零；

　　uint16_t cell、uint16_t endpoint--endpoint和cell是io-net在注冊(cè)的時(shí)候分配的用來(lái)區(qū)別不同的驅(qū)動(dòng)；

　　uint16_t iface--接口號(hào)，可以讓同一個(gè)驅(qū)動(dòng)負(fù)現(xiàn)多個(gè)相同硬件；

　　void *done_hdl--該指針指向tx_done（）函數(shù)需要的額外數(shù)據(jù)。

　?、窍蚓W(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)

　　當(dāng)上層模塊需要硬件傳送包的時(shí)候，會(huì)調(diào)用io-net管理器的rx_down（）函數(shù)。

　　int（*rx_down）（npkt_t*npkt，

　　void *func_hdl）

　　rx_down函數(shù)入口參數(shù)中，npkt是指向需要傳送的數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)指針，func_hdl是相應(yīng)驅(qū)動(dòng)模塊在io-net中的句柄。其中npt結(jié)構(gòu)包含許多成員，其中的重要成員如：

　　cell、endpoint、iface 需要處理該包的硬件標(biāo)識(shí)

　　buffers 指向包的指針

　　tot_iov 包含數(shù)據(jù)包的所有I/O矢量

　　Framelen 所有數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，以字節(jié)為單位

　　驅(qū)動(dòng)模塊在接收到io-net的調(diào)用后，就要配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，讓它完成數(shù)據(jù)的發(fā)送工作。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)所需要的信息都會(huì)在相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，如net_buf_t結(jié)構(gòu)中保存了等待傳送的數(shù)據(jù)包的鏈接列表，配置DMA所需的物理地址在net_iov_t中等。驅(qū)動(dòng)模塊要等待硬件完成這些包的傳送，并調(diào)用io-net的tx）done（）函數(shù)通知上層模塊驅(qū)動(dòng)程序已經(jīng)完成了數(shù)據(jù)的發(fā)送。

　　網(wǎng)絡(luò)設(shè)備信息的統(tǒng)計(jì)

　　應(yīng)用程序或者用戶可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)信息接口nicinfo工具來(lái)了解網(wǎng)絡(luò)工作狀態(tài)。信息的查詢都是通過(guò)io-net來(lái)進(jìn)行的。驅(qū)動(dòng)程序必須維護(hù)相應(yīng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，方便io-net的查詢。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有一些共同的狀態(tài)屬性，如收到和發(fā)出的包的個(gè)數(shù)、發(fā)送錯(cuò)誤的包的個(gè)數(shù)等，不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備還會(huì)具有不同的屬性和狀態(tài)，這些都可以在驅(qū)動(dòng)程序中用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)詳細(xì)列明。

　　需要維護(hù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，主要的是Nic_t，它包括四個(gè)子結(jié)構(gòu)；

　　CustNicStats--網(wǎng)絡(luò)信息入口；

　　EthernesStats_t--以太網(wǎng)狀態(tài)；

　　GenStats_t--常用統(tǒng)計(jì)信息；

　　NetStats_t--網(wǎng)絡(luò)信息（包含常用統(tǒng)計(jì)信息）。

　　以上是驅(qū)動(dòng)程序需要維護(hù)的數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶或應(yīng)用程序要查詢這些信息的時(shí)候，它們就通過(guò)Nicinfo工具對(duì)/dev/io-net/en0調(diào)用devctl（）函數(shù)來(lái)取得網(wǎng)絡(luò)信息。信息的取得是必須通過(guò)io-net來(lái)完成的，io-net對(duì)信息的查詢則是通過(guò)調(diào)用io_net_register_funs_t結(jié)構(gòu)中所指向的函數(shù)來(lái)取得信息的。例：

　　#include《sys/nic.h》

　　int generic_eth_devctl（void *hdl，int dcmd，void *data，size_tsize，int *ret）

　　{

　　Nic_t *nic=（Nic_t *）hdl；

　　int status;

　　status=EOK;

　　switch（dcmd）{

　　case DCMD_IO_NET_NICINFO;

　　memcpy（data，nic，min（size，sizeof（Nic_t）））;

　　break;

　　default：

　　status=ENOTSUP;

　　break;

　　}

　　return（status）；

　　}

　　結(jié)束語(yǔ)

　　網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的最低層和最基礎(chǔ)的模塊，是如今嵌入式開發(fā)中首先要解決的問題之一。由于QNX具有微內(nèi)核的特點(diǎn)，其網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)不需要內(nèi)核調(diào)試，更適合初學(xué)者掌握。本文對(duì)QNX操作系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的介紹，可以幫助讀者對(duì)相關(guān)內(nèi)容作初步了解。