Definition Was ist VxWorks?

VxWorks ist ein proprietäres Real-Time Operating System von Wind River Systems. Es eignet sich für eine Vielzahl unterschiedlicher Prozessorarchitekturen. Die VxWorks-Entwicklungsumgebung ist auf verschiedenen Betriebssystemen wie Windows, Unix oder Linux einsetzbar. Typische Anwendungen von VxWorks sind in der Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik, Industrieautomation, Netzwerktechnik und in zahlreichen weiteren Bereichen zu finden.

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VxWorks ist der Name eines vom Unternehmen Wind River Systems entwickelten proprietären Echtzeitbetriebssystems (englische Bezeichnung: Real-Time Operating System, abgekürzt RTOS). Die erste Version der Software erschien im Jahr 1987. Seither wurde das Betriebssystem kontinuierlich weiterentwickelt und erweitert.

Das Betriebssystem ist für Kleingeräte und eingebettete Systeme vorgesehen. Es eignet sich für unterschiedliche Hardware und eine Vielzahl von Prozessorarchitekturen. Zu den unterstützen Plattformen zählen beispielsweise Systeme mit MC680x0-, MC683xx-, Intel-i960-, Intel-i386-, SPARC- oder TRON-Hardware und viele mehr. Auch moderne 64-Bit-Prozessorarchitekturen lassen sich mit dem Echtzeitbetriebssystem VxWorks verwenden. Die Softwareentwicklung findet mit der VxWorks-Entwicklungsumgebung und leistungsstarken Tools auf einem Hostrechner mit Windows-, Unix- oder Linux-Betriebssystem statt. Das fertige Software-Image lässt sich anschließend auf ein eingebettetes System oder Kleingerät mit unterstützter Hardware laden und dort ausführen.

Der Kernel des Betriebssystems bietet Multitasking, vielfältige Netzwerkfunktionen und POSIX-Kompatibilität. Typische Anwendungen sind in der Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik, Industrieautomation, Netzwerktechnik, Unterhaltungselektronik und in vielen weiteren Bereichen zu finden. Weltweit ist das Echtzeitbetriebssystem in über einer Milliarde Geräte im Einsatz. Das Real-Time Operating System VxWorks steht in Konkurrenz mit weiteren proprietären oder Open-Source-basierten Echtzeitbetriebssystemen wie FreeRTOS, Nucleus RTOS, QNX oder Zephyr.

Grundsätzliche Merkmale und Eigenschaften eines Echtzeitbetriebssystems

Bevor konkret auf das Echtzeitbetriebssystem VxWorks eingegangen wird, zunächst einige Informationen zu den grundlegenden Eigenschaften und Merkmalen eines Real-Time Operating Systems. Ein Real-Time Operating System ist ein Betriebssystem, das für die Verwendung in Kleingeräten und eingebetteten Systemen vorgesehen und optimiert ist. Es kommt mit der eingeschränkten Leistungsfähigkeit solcher Hardwaresysteme zurecht und eignet sich zur Ausführung von Echtzeitanwendungen. Mit einem Echtzeitbetriebssystem ausgestattete Geräte haben oft Steuer- und Messaufgaben zu erfüllen. Für diese Aufgaben ist es von zentraler Bedeutung, dass auf Ereignisse unmittelbar reagiert und die Ergebnisse der Anfragen und Datenverarbeitungsvorgänge in vorbestimmbarer Zeit geliefert werden. Die Datenverarbeitung findet in Echtzeit statt und Verzögerungen, wie sie beispielsweise durch das Zwischenspeichern von Daten verursacht werden, sind minimiert. Das Zeitverhalten der Systemaufrufe und das Reaktionsverhalten auf Ereignisse ist vorhersagbar. Ausgelöst werden die Datenverarbeitungsvorgänge durch digitale oder analoge Signale, die über die Hardwareschnittstellen empfangen werden. Zusammenfassend lassen sich diese drei wichtigen Anforderungen an ein Echtzeitbetriebssystem nennen:

• vorhersagbare Reaktion auf Ereignisse und vorbestimmbares Zeitverhalten

• präemptives Multitasking (im Fall von Multitasking-Unterstützung)

• Unterstützung unterschiedlicher Hardwareplattformen und ihrer Interrupt-Infrastruktur

Merkmale und Eigenschaften von VxWorks

VxWorks liegt ein Schichtenmodell zugrunde. Die hardwarenahe Treiberschicht bildet die unterste Schicht des Betriebssystems. Sie interagiert direkt mit der Hardware. Darüber ist die Kernelschicht von VxWorks zu finden. Sie enthält den Mikrokernel und stellt Betriebssystemdienste wie Speichermanagement, Interrupt-Verhalten, Intertask-Kommunikation, Scheduler, Timer und das Semaphorenkonzept zur Verfügung. Die oberste Schicht von VxWorks bildet die Applikationsschicht.

Entwickelt werden VxWorks-Anwendungen auf einem Hostrechner oder einer Workstation mit Windows-, Linux- oder Unix-Betriebssystem. Hierfür liefert VxWorks eine Entwicklungsumgebung mit leistungsfähigen Werkzeugen. Zu VxWorks gehören Frameworks und Bibliotheken für verschiedene Dateisysteme, Netzwerkfunktionen, Sicherheitsfunktionen, Grafiklösungen und Powermanagement. In der Entwicklungsumgebung wird das für das Kleingerät oder das eingebettete Systeme mit seiner spezifischen Hardware benötigte Software-Image erzeugt. Es lässt sich anschließend auf das Gerät laden und dort ausführen.

Für sicherheitskritische Anwendungen bietet Wind River Systems die VxWorks-Cert-Plattform, die die Anforderungen anspruchsvoller Sicherheitsstandards und Zertifizierungen erfüllt.

Anwendungen des Echtzeitbetriebssystems VxWorks

Typische Anwendungen des Echtzeitbetriebssystems VxWorks sind in der Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik, Industrieautomation, Netzwerktechnik und in der Unterhaltungselektronik zu finden. Zeitweise nutzte Canon das Betriebssystem für seine digitalen Fotoapparate. Sehr bekannte Anwendungen von VxWorks sind die Mars-Missionen Mars Reconnaissance Orbiter und Pathfinder. Lander und Rover wurden unter anderem mithilfe von VxWorks gesteuert. Fujitsu Technology Solutions setzt VxWorks für die Speichersysteme ETERNUS DX ein. Auch verschiedene Hersteller von Industrierobotern wie die KUKA AG verwenden VxWorks.

Vorteile des Real-Time Operating Systems VxWorks

Das Real-Time Operating Systems VxWorks von Wind River Systems bietet zahlreiche Vorteile wie:

• Echtzeitbetriebssystem mit niedriger Latenz und minimalem Jitter

• erweiterbare und zukunftssichere Architektur

• für viele verschiedene Hardwaresysteme und Prozessorarchitekturen geeignet

• leistungsstarke Entwicklungsplattform für unterschiedliche Betriebssysteme

• Unterstützung zahlreicher Programmiersprachen und Bibliotheken wie C++, Boost, Rust, Python oder Pandas

• hardwareoptimierte Multi-Core-Beschleunigungsfähigkeiten

• Unterstützung von 64-Bit-Hardwarearchitekturen

• Unterstützung von Asymmetrischem Multiprocessing (AMP) und Symmetrischem Multiprocessing (SMP)

• für sicherheitskritische Anwendungen geeignet und nach verschiedenen Sicherheitsstandards zertifizierbar

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