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QNX是一個分散式、嵌入式、可規模擴展的實時操作系統。

1 QNX -簡介

QNX是由QNX軟體系統有限公司開發的實時操作系統。

2 QNX -基本特徵

 QNX是一個分散式、嵌入式、可規模擴展的實時操作系統。它遵循POSIX.1 (程序介面)和POSIX.2 (Shell和工具)、部分遵循POSIX.1b(實時擴展)。它最早開發於1980年,到現在已相當成熟。

3 QNX -體系結構

QNX是一個微內核實時操作系統,其核心僅提供4種服務:進程調度、進程間通信、底層網路通信和中斷處理,其進程在獨立的地址空間運行。所有其它OS服務,都實現為協作的用戶進程,因此QNX核心非常小巧(QNX4.x大約為12Kb)而且運行速度極快。

4 QNX -調度策略

QNX 提供POSIX.1b標準進程調度:

* 32個進程優先順序;

* 搶佔式的、基於優先順序的正文切換;

* 可選調度策略:FIFO、輪轉策略、適應性策略。

5 QNX -系統服務

QNX的系統服務:

* 多種資源管理器,包括各種文件系統和設備管理,支持多個文件系統同時運行,包括提供完全POSIX.1及UNIX語法的POSIX文件系統,支持多種快閃記憶體設備的嵌入式文件系統,支持對多種文件伺服器(如Windows NT/95、LAN Manager等)的透明訪問的SMB文件系統、DOS文件系統、CD-ROM文件系統等。

* 設備管理。在進程和終端設備間提供大吞吐量、低開銷介面服務。

* 圖形/窗口支持。包括QNX Windows、X Window System for QNX、對MS Windows NT/95和X Window系統的遠程圖形連接。

* TCP/IP for QNX。

* 高性能、容錯型QNX網路——FLEET,使得所有連入網路的計算機變成一個邏輯上的超級計算機。

* 透明的分散式處理。FLEET網路處理與消息傳遞和進程管理原語的集成,將本地和網路IPC統一起來,使得網路對IPC而言是透明的。

6 QNX -系統開放性

QNX的開放性:

* QNX的POSIX兼容性和其提供的UNIX特色的編譯器、調試器、X Window和TCP/IP都是UNIX程序員所熟悉的。

* 支持多種CPU:AMD ElanSC300/310/400/410、Am386 DE/SE、Cyrix MediaGX、x86處理器(386以上)、Pentium系列、STMicroelectronics 的STPC。

* 多種匯流排:CompactPCI、EISA、ISA 、MPE (RadiSys)、STD、STD 32、PC/104、PC/104-Plus、PCI、PCMCIA、VESA、VME。

* 各種外設:多種SCSI設備、IDE/EIDE驅動器、10M/100M乙太網卡、Token Ring網卡、FDDI介面卡、多種PCMCIA設備、快閃記憶體、音效卡等等。

7 QNX -QNX結構

QNX 操作系統的Microkernel 結構QNX 操作系統的Microkernel 結構

QNX是業界公認的X86平台上最好的嵌入式實時操作系統之一。它具有獨一無二的微內核實時平台,建立在微內核和完全地址空間保護基礎之上,實時、穩定、可靠,已經完成到PowerPC、MIPS、ARM等內核的移植,成為在國內廣泛應用的嵌入式實時操作系統。

1 QNX內核簡介

QNX的微內核結構是它區別於其它操作系統的顯著特點。

平板式內存結構,所有的程序都使用同一個地址空間,不加保護;應用程序可以自由訪問所有空間,效率較高,但是任何應用程序指針錯誤都可能會導致內核崩潰。

大內核內存結構,如圖2所示,操作系統內核和各種驅動程序、網路協議在同一個地址空間,應用程序在單獨空間;內核模塊同處於一個保護空間,運行效率高,應用程序無法直接訪問保護空間,系統穩定性大大提高。缺點是,由於內核模塊(例如網路驅動)處於保護空間,因此調試困難,任何驅動程序的修改都要重新編譯內核,無法做到驅動的動態載入和卸載。

QNX的微內核結構,內核獨立自處於一個被保護的地址空間;驅動程序、網路協議和應用程序處地程序空間中。

微內核結構的優點:①驅動程序、網路協議、文件系統等操作系統模塊和內核相互獨立,任何模塊的故障都不會導致內核的崩潰;②驅動程序、網路協議、文件系統和應用程序都處於程序空間,都調用相同的內核API,開發與調試和應用程序沒有區別;③操作系統功能模塊可以根據需要動態地載入或卸載,不需要編譯內核。在高可靠性要求的情況下,可以編寫監視模塊,對可靠性要求高的模塊進行監視,必要的時候重新啟動或重新載入而無須重啟系統。高可靠性的內核結構使QNX具備了高可靠性嵌入式操作系統的本質特徵。

在具有高可靠性內核的基礎上,QNX的創新設計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的同胞異構體,保持了和UNIX的高度相似性,絕大多數UNIX或LINUX應用程序可以在QNX下直接編譯生成。這意味著為數眾多的穩定成熟的UNIX、LINUX應用可以直接移植到QNX這個更加穩定高效的實時嵌入式平台上來。

平板式內存結構 2 QNX網路結構

QNZ網路子系統由三個部分組成:網路管理模塊(io-net)、網路協議模塊(NPM-qnet.so、npm-tcpip.so)、網路設備驅動模塊(devn-ne2000.so)。

每個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:網路設備驅動、TCP/IP協議棧分別對上層io-net模塊和應用程序產生數據,兩者都可以被看作數據源;同時它們也接受上層發來的數據,又可以同時被看作數據的消費者。過濾模塊對向上的數據進行篩選,分協議進行處理;對向下的數據則進行相應的轉換,如進行網路地址轉換NAT。轉換模塊負責不同協議幀結構的轉換,在乙太網的工作環境下,它就負責對IP數據報進行乙太網幀的封裝和解包。

和QNX其它服務進程一樣,QNX的網路子系統也在內核外部空間運行。應用程序面對的是一個統一的網路介面,硬體相關的內容被完全包裝在網路子系統內。

QNX網路子系統的三個子模塊按層次分開,io-net模塊處於中心,是QNX網路的核心和重點,其它模塊都掛接在它上面。數據和信息的流動都必須經由io-net調度與轉發,所有其它模塊所面對的就是一個單一主體。這樣的中心交換結構,屏蔽了各個模塊間相互協調的複雜細節,在很大程序上方便了模塊的編寫工作;同時,io-net還是QNX的網路管理中心。任何網路協議和網路設備驅動程序都必須向io-net註冊,由它來載入,並接受io-net的配置和管理,用戶對網路狀態的查詢和管理也是通過io-net來實現的。

3 QNX網路設備驅動

QNX網路設備驅動模塊處於網路硬體和io-net模塊之間。驅動模塊負責配置硬體使其正常工作,向io-net報告數據收發情況,接收和傳遞數據,接受io-net的調度和管理。QNX網路設備驅動程序依照以上功能,分為初始化、接收發送數據、網路設備信息統計幾個功能塊。要使網路設備工作正常,驅動程序就要對它進行一定的寄存器配置,同時,還要向QNX網路子系統註冊自己,表明網路設備的存在和網路通信能力,才能為系統和應用程序所用。在初始化工作完成以後,網路設備就進入了工作狀態,收發數據。設備信息的統計也是由設備驅動程序來完成的。

(1)初始化

初始化包括兩個方面,一方面是初始化網路設備,使其正常工作;另一個方面,是向io-net正確註冊驅動模塊,表明自己的屬性,方便上層正確操作。網路設備的初始化工作和硬體緊密相關,這裡就不一一描述。

驅動模塊向io-net載入自己的時候,系統遵循如下工作流程:

①io-net搜索全局的符合io_net_dll_entry。它定義了驅動的初始化函數,io-net會直接調用這個函數。

②初始化函數向io-net註冊驅動和相應的函數。

③初始化函數告訴io-net和它的模塊自己的通信能力。

經過以上流程以後,io-net中就建立起有關此驅動程序的數據和函數調用列表。驅動程序必須正確編寫初始化函數,並將該函數正確鏈接至io_net_dll_entry。

(2)從網路設備接收數據

當有包到達網路設備的時候,網路設備就會用某種方式通知驅動程序(例如中斷),此時,驅動程序就要採取某種策略來處理到來的幀或數據。通常驅動程序這時候需要做以下工作:

①通過DMA將包取回來;

②做相應的必要處理,如通知網路設備釋放當前幀的緩存,配置寄存器讓網路設備等待下一幀到來等;

③通過調用io-net的tx_up_start()函數把包傳遞給上層模塊。

當上層所有的模塊都完成對這個包的處理以後,io-net調用我們驅動中的tx_done()函數,它來做最後的處理工作。

tx_up_start()函數是設備驅動中比較關鍵的函數,下面簡要部分一下這個函數的入口參數。

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--本驅動在io-net中的句柄,註冊時由io-net生成;

nptk_t *npkt --需要處理的包的指針;

int off--底層協議包頭長度,如乙太網幀頭部長度;

int framelen_sub--尾部填充的長度,對於乙太網這個值為零;

uint16_t cell、uint16_t endpoint--endpoint和cell是io-net在註冊的時候分配的用來區別不同的驅動;

uint16_t iface--介面號,可以讓同一個驅動負現多個相同硬體;

void *done_hdl--該指針指向tx_done()函數需要的額外數據。

(3)向網路設備發送數據

當上層模塊需要硬體傳送包的時候,會調用io-net管理器的rx_down()函數。

int(*rx_down)(npkt_t*npkt,

void *func_hdl)

rx_down函數入口參數中,npkt是指向需要傳送的數據的結構指針,func_hdl是相應驅動模塊在io-net中的句柄。其中npt結構包含許多成員,其中的重要成員如:

cell、endpoint、iface 需要處理該包的硬體標識
buffers 指向包的指針
tot_iov 包含數據包的所有I/O矢量
Framelen 所有數據的長度,以位元組為單位

驅動模塊在接收到io-net的調用后,就要配置網路設備,讓它完成數據的發送工作。網路設備發送數據所需要的信息都會在相應的數據結構中,如net_buf_t結構中保存了等待傳送的數據包的鏈接列表,配置DMA所需的物理地址在net_iov_t中等。驅動模塊要等待硬體完成這些包的傳送,並調用io-net的tx)done()函數通知上層模塊驅動程序已經完成了數據的發送。

4 網路設備信息的統計

應用程序或者用戶可以通過網路信息介面nicinfo工具來了解網路工作狀態。信息的查詢都是通過io-net來進行的。驅動程序必須維護相應的狀態數據,方便io-net的查詢。網路設備有一些共同的狀態屬性,如收到和發出的包的個數、發送錯誤的包的個數等,不同的網路設備還會具有不同的屬性和狀態,這些都可以在驅動程序中用數據結構詳細列明。

需要維護的數據結構中,主要的是Nic_t,它包括四個子結構;

CustNicStats--網路信息入口;

EthernesStats_t--乙太網狀態;

GenStats_t--常用統計信息;

NetStats_t--網路信息(包含常用統計信息)。

以上是驅動程序需要維護的數據。當用戶或應用程序要查詢這些信息的時候,它們就通過Nicinfo工具對/dev/io-net/en0調用devctl()函數來取得網路信息。信息的取得是必須通過io-net來完成的,io-net對信息的查詢則是通過調用io_net_register_funs_t結構中所指向的函數來取得信息的。例:

#include<sys/nic.h>

int generic_eth_devctl(void *hdl,int dcmd,void *data,size_t size,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);

}

結束語

網路設備的驅動是網路系統的最低層和最基礎的模塊,是如今嵌入式開發中首先要解決的問題之一。由於QNX具有微內核的特點,其網路設備驅動程序的開發不需要內核調試,更適合初學者掌握。本文對qnx操作系統及網路設備驅動程序的介紹,可以幫助讀者對相關內容作初步了解。

8 QNX -用戶評價

QNX有一個非常華麗的圖形界面,並且號稱運行速度比Windows或Linux更快。不用不知道,一用你會忘不掉:P

壟斷的微軟Windows操作系統和自由的Linux操作系統都是很多朋友熟知的計算機主要的操作系統。但是您聽說過QNX計算機操作系統嗎?如果我告訴您QNX操作系統運行的速度比Windows或Linux還快,而且用戶界面也十分華麗,您相信嗎?

別以為QNX是剛剛誕生的計算機操作系統,它早就在20年前就誕生了,但是QNX作為一種專業的操作系統,至今它還未能進入普通用戶的計算機為我們服務。其中的原因無疑是很複雜的。

QNX的發音也十分有趣,大家知道Linux用漢語發音就是「里訥克斯」,而QNX的發音就是「cue-nix」:)。如果您使用的是Pentium處理器系列的計算機,那麼在這台計算機的硬碟上安裝QNX操作系統是很容易的事情,QNX可以在Windows下安裝,它和Linux一樣,是一種類UNIX的操作系統。另人驚異的是QNX也是免費的操作系統,可以直接到QNX的網站上下載這個原版操作系統。當然,購買一張QNX的CD-ROM也是很方便的。一張QNX的安裝盤CD-ROM售價為30美圓。在QNX的主頁上有很詳細的介紹和資料,還有關於QNX的新聞及應用軟體可供用戶閱讀下載。

有了QNX,您計算機里的操作系統不只是Windows獨霸了,QNX完全可以取代霸道的Windows平台。很多初學計算機的朋友因為接觸最多的是Windows平台,以至於他們誤認為Windows98就是「OS」的唯一選擇。現在不同了,使用QNX同樣也能很好的管理計算機了。

簡單的說,操作系統就是給計算機一個靈活的大腦,一個強健的心臟和突出的個性。沒有操作系統,計算機什麼也做不了,只能是一堆廢物。

QNX是由一家位於加拿大的QNX軟體系統公司(簡稱QSSL)推出的。該公司位於渥太華(加拿大城市)的市郊。最近從該公司傳來好消息說,該公司已經面向普通用戶推出了可以免費使用、非商業用的個人用戶版本的QNX實時平台或稱作QNX RTP,最小的在Windows下安裝文件只有24MB。當這個版本正式向公眾推出的時候,大約有400000人次從網上下載了這個QNX RTP版本。這大大出乎了意料,沒有想到竟然有這麼多人對這個操作系統感興趣。因為很多人在以前根本就沒有聽說過世界上還有這麼一個免費的QNX操作系統。

現在要在這麼一台電腦上試裝這個QNX操作系統。電腦的硬體配置為233 MHZ AMD K6 處理器,96MB內存,ATI All-in-Wonder Pro顯示卡,Sound Blaster AWE 32 音效卡,兩個硬碟驅動器和兩個CD-ROM驅動器,一個SCSI硬碟和一塊標準的網卡。

在安裝的過程中除了遇到一個小故障之外,一切還算順利。那塊SCSI卡沒有能被QNX自動配置。查閱QSSL公司的資料,該公司說他們正在努力的修正這個SCSI的問題。

如果您是一位有經驗的Linux用戶,那麼QNX會使您很快就能上手。雖然它和Linux有很大的區別。QNX RTP使用的命令和操作是和Linux的許多「shell」命令是兼容的。更令人滿意的是QNX的文件分級目錄(組織,文件名和目錄)和Linux幾乎是一樣的。可以說QNX RTP和舊的Linux是十分相象的。這對許多喜歡Linux,對Linux有一定實際操作經驗的用戶來說無疑是一個福音。QNX在他們手裡很快就能玩轉。

但QNX和Linux最大的不同就是QNX的圖形用戶界面設計的十分漂亮。儘管Linux使用的是經久世故的X Window系統,但是和QNX的稱為「Photon」的圖形用戶界面相比還是顯得QNX略省一籌。  

不用不知道,一用忘不掉:QNX RTP的圖形用戶界面-Photon MicroGUI非常酷

QNX的Photon MicroGUI窗口系統是最「酷」的GUI(圖形用戶界面)。安裝QNX后,你就會發現QNX的默認桌面背景「炫」得讓你暈倒,得讓人給你叫個醫生來了:)。

另外要提到的是,QNX RTP 的運行速度是那樣的快,是否所有的用戶都能夠接受?沒有錯,在同樣的電腦硬體配置情況下,QNX確實運行速度要比其他的Windows系統要快得多。在使用滑鼠和窗口的操作界面下,QNX的運行速度確實是讓人滿意的。給人以一種「豪爽」的感覺。

以上關於QNX的優點介紹得讓你立刻想鼓掌,狠不得馬上下載一個QNX試一試,但是有些問題是要說清楚的。QNX儘管是非常好的一個操作系統。但是你平時主要工作如果需要處理電子表格,管理金融等等,那麼QNX可能不太適合你。因為能在QNX下運行的應用軟體並不多。這也是制約QNX發展的一個重要原因了。

但是也不必太擔心軟體不夠用的問題,起碼QNX能讓你進行很多基本的操作。你可以用QNX來計算數據,播放CD音樂,使用電子郵件程序,進行文字處理工作,簡單的圖象瀏覽,還有一些Linux上已經除去的屏幕保護程序,桌面背景轉換,軟體的安裝管理功能等等。甚至你還可以在QNX上添加專用版本的Real Player軟體,喜歡玩遊戲的朋友還可以安裝Quake這個著名的遊戲。所有在QNX上玩過Quake的朋友都說Quake在QNX上的運行速度比任何操作系統都要快。這確實是一個對遊戲迷來說是非常好的消息。

9 QNX -優點

速度極快:QNX的運行速度非常快,其他的操作系統沒有辦法和它相比。
系統非常安全:QNX上沒有計算機病毒,這是和Linux一樣的,所以QNX RTP不存在被病毒破壞資料的危險,只有在微軟Windows系統中才會有被病毒感染的噩夢。另外,QNX的用戶管理相當出色,它絕對不會讓一個沒有輸入正確密碼的人闖入計算機系統中。

QNX有一個最好的網頁瀏覽器:QNX里的網頁瀏覽器叫做「Voyager」,瀏覽網頁的速度快得象火箭。和Voyager相比,微軟的IE和網景公司的NC瀏覽器簡直就是一輛破舊的老爺車。但是這個Voyager瀏覽器目前還有些臭蟲,QSSL公司的軟體工程師正在改進它。

QNX的最大不同:QNX完全不像Windows,那是一件好事情。它是免費的操作系統,可以在網上下載安裝使用。它的使用和操作也十分的容易。  

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