qnx

qnx簡介

　　Gordon Bell和Dan Dodge在1980年成立了Quantum Software Systems公司，他們根據大學時代的一些設想寫出了一個能在IBM PC上運行的名叫QUNIX（Quick UNIX）的系統，直到AT&T發律師函過來才把名字改成QNX。

　　QNX是一種商用的遵從POSIX規范的類Unix實時操作系統，目標市場主要是面向嵌入式系統。它可能是最成功的微內核操作系統之一。

　　QNX是一種商用的類Unix實時操作系統，遵從POSⅨ規范，目標市場主要是嵌入式系統［1］。QNX成立于1980年，是加拿大一家知名的嵌入式系統開發商。

qnx百科

　　Gordon Bell和Dan Dodge在1980年成立了Quantum Software Systems公司，他們根據大學時代的一些設想寫出了一個能在IBM PC上運行的名叫QUNIX（Quick UNIX）的系統，直到AT&T發律師函過來才把名字改成QNX。

　　QNX是一種商用的遵從POSIX規范的類Unix實時操作系統，目標市場主要是面向嵌入式系統。它可能是最成功的微內核操作系統之一。

　　QNX是一種商用的類Unix實時操作系統，遵從POSⅨ規范，目標市場主要是嵌入式系統［1］。QNX成立于1980年，是加拿大一家知名的嵌入式系統開發商。

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

　　2004年10月27日，QNX 軟件系統宣布它已經接受來自音響設備制造商 Harman 國際工業公司（紐約證券交易所： HAR）的購買提議。 作為Harman 的最新子公司高級商標的國際家庭，包括 Harman Kardon，JBL 和Becker，QNX 現在將會加速它的生長，向為先進的嵌入式運用，變成優先的操作系統。哈曼集團以1.38億美元的現金收購了QNX，但也因此承擔了1.38億美元的債務。

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

　　QNX被RIM并購的消息傳出，才讓這個在中國的認知度并不高的“默默無聞”的操作系統廠商被大家所熟知。但在汽車領域，QNX早已是最大的操作系統供應商。據不完全資料顯示，QNX在車用市場占有率達到75%，目前全球有超過230種車型使用QNX系統，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都是在QNX系統上搭建的。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、現代、英菲尼迪、捷豹、吉普、藍旗亞、馬自達、馬賽地、迷你寶馬、三菱、尼桑、歐寶、龐迪克、保時捷、薩博、土星、雙龍、豐田和大眾汽車等目前都采用了基于QNX技術的系統。

　　除汽車領域之外，QNX的最大客戶訂單來源于思科系統，其中高端路由設備幾乎全部采用QNX操作系統，因此，網絡通信也成為了QNX第二大應用領域。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、醫療器械、智能電網及航空航天中，都發揮著積極作用。

　　QNX結構

　　QNX是業界公認的X86平臺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臺，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。雖然QNX本身并不屬于UNIX，但由于其提供了POSIX的支持，使得多數傳統UNIX程序在微量修改（甚至不需修改）后即可在QNX上面編譯與運行。

　　QNX內核簡介

　　QNX的微內核結構是它區別于其它操作系統的顯著特點。

　　平板式內存結構，如圖1所示，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、網絡協議在同一個地址空間，應用程序在單獨空間；內核模塊同處于一個保護空間，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，由于內核模塊（例如網絡驅動）處于保護空間，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加載和卸載。

　　QNX的微內核結構，內核獨立自處于一個被保護的地址空間；驅動程序、網絡協議和應用程序處于程序空間中。

　　微內核結構的優點：①驅動程序、網絡協議、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、網絡協議、文件系統和應用程序都處于程序空間，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加載或卸載，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加載而無須重啟系統。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征。

　　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臺上來。

　　QNX網絡結構

　　QNX網絡子系統由三個部分組成：網絡管理模塊（io-net）、網絡協議模塊、網絡設備驅動模塊。

　　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：網絡設備驅動、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，如進行網絡地址轉換NAT。轉換模塊負責不同協議幀結構的轉換，在以太網的工作環境下，它就負責對IP數據報進行以太網幀的封裝和解包。

　　和QNX其它服務進程一樣，QNX的網絡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絡接口，硬件相關的內容被完全包裝在網絡子系統內。

　　QNX網絡子系統的三個子模塊按層次分開，io-net模塊處于中心，是QNX網絡的核心和重點，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復雜細節，在很大程序上方便了模塊的編寫工作；同時，io-net還是QNX的網絡管理中心。任何網絡協議和網絡設備驅動程序都必須向io-net注冊，由它來加載，并接受io-net的配置和管理，用戶對網絡狀態的查詢和管理也是通過io-net來實現的。

　　QNX網絡設備驅動

　　QNX網絡設備驅動模塊處于網絡硬件和io-net模塊之間。驅動模塊負責配置硬件使其正常工作，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網絡設備驅動程序依照以上功能，分為初始化、接收發送數據、網絡設備信息統計幾個功能塊。要使網絡設備工作正常，驅動程序就要對它進行一定的寄存器配置，同時，還要向QNX網絡子系統注冊自己，表明網絡設備的存在和網絡通信能力，才能為系統和應用程序所用。在初始化工作完成以后，網絡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。

　?、懦跏蓟?/p>

　　初始化包括兩個方面，一方面是初始化網絡設備，使其正常工作；另一個方面，是向io-net正確注冊驅動模塊，表明自己的屬性，方便上層正確操作。網絡設備的初始化工作和硬件緊密相關，這里就不一一描述。

　　驅動模塊向io-net加載自己的時候，系統遵循如下工作流程：

　?、賗o-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。

　?、诔跏蓟瘮迪騣o-net注冊驅動和相應的函數。

　?、鄢跏蓟瘮蹈嬖Vio-net和它的模塊自己的通信能力。

　　經過以上流程以后，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，并將該函數正確鏈接至io_net_dll_entry。

　?、茝木W絡設備接收數據

　　當有包到達網絡設備的時候，網絡設備就會用某種方式通知驅動程序（例如中斷），此時，驅動程序就要采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：

　?、偻ㄟ^DMA將包取回來；

　?、谧鱿鄳谋匾幚?，如通知網絡設備釋放當前幀的緩存，配置寄存器讓網絡設備等待下一幀到來等；

　?、弁ㄟ^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后，io-net調用我們驅動中的tx_done（）函數，它來做最后的處理工作。

　　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，注冊時由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，如以太網幀頭部長度；

　　int framelen_sub--尾部填充的長度，對于以太網這個值為零；

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

　　uint16_t iface--接口號，可以讓同一個驅動負現多個相同硬件；

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

　?、窍蚓W絡設備發送數據

　　當上層模塊需要硬件傳送包的時候，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 需要處理該包的硬件標識

　　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，以字節為單位

　　驅動模塊在接收到io-net的調用后，就要配置網絡設備，讓它完成數據的發送工作。網絡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。驅動模塊要等待硬件完成這些包的傳送，并調用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。

　　網絡設備信息的統計

　　應用程序或者用戶可以通過網絡信息接口nicinfo工具來了解網絡工作狀態。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。網絡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，不同的網絡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--網絡信息入口；

　　EthernesStats_t--以太網狀態；

　　GenStats_t--常用統計信息；

　　NetStats_t--網絡信息（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（）函數來取得網絡信息。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_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）；

　　}

　　結束語

　　網絡設備的驅動是網絡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。由于QNX具有微內核的特點，其網絡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操作系統及網絡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。