文章目录

1、背景介绍
- 1.1、Vxworks工程
- 1.2、Vxworks shell
2、内核应用程序(DKM)自启动
- 2.1、需求来源
- 2.2、方案1(失败)
- 2.3、方案2(成功)
3、用户应用程序(RTP)自启动
- 3.1、自动执行方式1(RTP_APPL_INIT_STRING)
- 3.2、自动执行方式2(RTP_APPL_INIT_BOOTLINE)
- 3.3、自动执行方式3(RTP_APPL_INIT_CMD_SHELL_SCRIPT)
- 3.4、自动执行方式4(RTP_APPL_USER)

1、背景介绍

在开始之前我们先来了解一下一些vxworks的一些基础知识。

1.1、Vxworks工程

Vxworks 7 可以创建以下几种典型的工程：

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

1.2、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。

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

2、内核应用程序(DKM)自启动

2.1、需求来源

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
-> mainInitialize 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。

2.2、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。

1、首先我们在VIP工程的配置选项中，使能INCLUDE_RTP_APPL_INIT_BOOTLINE选项：
2、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，所有我们只需配置好默认bootline中的startup script选项。

3、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

4、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。

2.3、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。

1、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_INITUSER_APPL_INIT;       /* for backwards compatibility */
#endif/* TODO: add application specific code here */ioDefPathSet("/mmc1:1/");usrStartupScript("/mmc1:1/autorun_c.sh");}

2、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

3、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 = 0x0Done 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 *]# moduleMODULE 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。

4、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 = 0x50001Executing 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'
mainInitialize 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 ......

3、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：

1、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->

2、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 *]#

3.1、自动执行方式1(RTP_APPL_INIT_STRING)

1、首先在vxsim的VIP工程中的配置选项中，使能INCLUDE_RTP_APPL_INIT_STRING选项：
2、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。

3、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->

3.2、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。

1、首先我们在vxsim VIP工程的配置选项中，使能INCLUDE_RTP_APPL_INIT_BOOTLINE选项：
2、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：

(1)“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。

(2)"#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。

3、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
->

3.3、自动执行方式3(RTP_APPL_INIT_CMD_SHELL_SCRIPT)

1、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

2、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 ticksDone executing startup script 'host:D:/pwl_workspace/autorun_cmd.sh'.->

3.4、自动执行方式4(RTP_APPL_USER)

1、首先我们在vxsim VIP工程的配置选项中，使能INCLUDE_RTP_APPL_USER选项：
2、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);}}

3、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->

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