QNX的特點(diǎn)及其應(yīng)用場景介紹

一直想介紹下QNX，因?yàn)槠?strong>框架對其他微內(nèi)核有很多可借鑒的地方，但是其是一個(gè)商業(yè)系統(tǒng)，不開源，只能看到部分的軟件接口，在其上進(jìn)行開發(fā)。

我們的老一套：代碼下載、編譯、運(yùn)行是搞不了了，真是讓人頭大??！ 一些重要的東西先放這里：

1）QNX的開源代碼：https://github.com/vocho/openqnx

2）QNX的框架文檔： http://myqnx.com/developers/docs/6.3.0SP3/momentics/bookset.html

1.簡介

1.1 歷史

1980年，加拿大滑鐵盧大學(xué)的學(xué)生戈登貝爾（Gordon Bell）和丹道奇（Dan Dodge）都上了實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的課程，課程要求學(xué)生構(gòu)建一個(gè)基本的實(shí)時(shí)微內(nèi)核，并成立了 Quantum Software Systems 公司。

1982年，戈登貝爾（GordonBell）和丹道奇（Dan Dodge）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)律師函過來才把名字改成 QNX。

2004年，來自美國的音響設(shè)備制造商哈曼（Harman）國際工業(yè)集團(tuán)以 1.38 億美元的現(xiàn)金收購了 QNX。

2010年，黑莓手機(jī)（BlackBerry）制造商 RIM（Research In Motion Ltd.）為獲取其車載無線連接技術(shù)，收購哈曼集團(tuán)旗下的 QNX 軟件公司，QNX 因此重返加拿大。

QNX 主要開發(fā)汽車，通訊設(shè)備所使用的操作系統(tǒng)，哈曼國際的主業(yè)則是汽車音像和娛樂設(shè)備。BlackBerry 的并購交易使得 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。

1.2 應(yīng)用場景

QNX 具有安全、可靠、可信的特點(diǎn)，因此通常應(yīng)用于對安全性要求極高的領(lǐng)域，例如汽車、航空、核電站、工業(yè)自動化等領(lǐng)域。

carOS：QNX 一直是汽車領(lǐng)域最大的操作系統(tǒng)

robotOS：工業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域，例如手術(shù)機(jī)器人達(dá)芬奇

weaponOS：例如洛克希德·馬丁的武器

criticalTaskOS：核電站、宇航領(lǐng)域

QNX Neutrino實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，QNX Momentics工具套件和QNX Aviage中間件系列基于組件的架構(gòu)共同構(gòu)成業(yè)界可靠性和延展性最強(qiáng)的架構(gòu)，幫助建立高性能的嵌入式系統(tǒng)。包括思科、戴姆勒、通用電氣、洛克希德·馬丁和西門子在內(nèi)的眾多全球知名技術(shù)領(lǐng)先企業(yè)，都將QNX技術(shù)應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)路由器、車載遠(yuǎn)程信息處理和信息娛樂系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備、安全防衛(wèi)系統(tǒng)和其他任務(wù)關(guān)鍵性和生命關(guān)鍵型應(yīng)用中。

上面提到工具套件，就知道界面化的東西，核心代碼是看不到的，我們學(xué)習(xí)到的源碼內(nèi)容和知識也有限了。

2. 特點(diǎn)

QNX是一個(gè)分布式、可擴(kuò)展、遵從POSIX規(guī)范的類Unix硬實(shí)時(shí)微內(nèi)核操作系統(tǒng)。

QNX為微內(nèi)核的架構(gòu)，微內(nèi)核只提供進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程間通信、底層網(wǎng)絡(luò)通信和中斷處理四種服務(wù)。驅(qū)動程序、協(xié)議棧、文件系統(tǒng)、應(yīng)用程序等都在微內(nèi)核之外內(nèi)存受保護(hù)的安全的用戶空間內(nèi)運(yùn)行，組件之間能避免相互影響，在遇到故障時(shí)也能重啟。

QNX是商業(yè)類Unix實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，主要針對嵌入式系統(tǒng)市場。它提供用戶可控制的、優(yōu)先級驅(qū)動的、急者優(yōu)先搶占的調(diào)度方式。QNX 內(nèi)核自身開銷小、上下文切換快，在同樣的硬件條件下給實(shí)時(shí)應(yīng)用留下更大的余地，因而它在實(shí)時(shí)控制、通信、多媒體信息處理等對時(shí)間敏感的應(yīng)用領(lǐng)域大有用武之地。

QNX 同時(shí)也是一個(gè)可嵌入的操作系統(tǒng)。它由微內(nèi)核和一組共操作的進(jìn)程構(gòu)成，具有高度可伸縮性，可靈活的剪裁。最小配置只占用幾十 KB 內(nèi)存。因此，它可以廣泛地嵌入到智能機(jī)器、智能儀器儀表、通信設(shè)備等應(yīng)用中去。

2.1 POSIX

QNX是一種商用的遵從POSIX(可移植操作系統(tǒng)接口, Portable Operating SystemInterface，縮寫為POSIX, 是IEEE為要在各種UNIX操作系統(tǒng)上運(yùn)行軟件，而定義API的一系列互相關(guān)聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)的總稱)規(guī)范的類Unix實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，目標(biāo)市場主要是面向嵌入式系統(tǒng)。

2.2 微內(nèi)核

QNX采用微內(nèi)核架構(gòu)，操作系統(tǒng)中的多數(shù)功能是以許多小型的task來執(zhí)行，它們被稱為server。這樣的架構(gòu)使得用戶和開發(fā)者可以關(guān)閉不需要的功能，而不需要改變操作系統(tǒng)本身。

QNX是一個(gè)微內(nèi)核實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，其核心僅提供4種服務(wù)：進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程間通信、底層網(wǎng)絡(luò)通信和中斷處理，其進(jìn)程在獨(dú)立的地址空間運(yùn)行。所有其它OS服務(wù)，都實(shí)現(xiàn)為協(xié)作的用戶進(jìn)程，因此QNX核心非常小巧而且運(yùn)行速度極快。

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

微內(nèi)核架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：

(1). 驅(qū)動程序、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導(dǎo)致內(nèi)核的崩潰；

(2). 驅(qū)動程序、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)需要動態(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)候重新啟動或重新加載而無須重啟系統(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。

QNX Neutrino操作系統(tǒng)的微內(nèi)核，管理一組協(xié)作的進(jìn)程，如下圖所示，這種結(jié)構(gòu)不是一種層級的組織，更像是一個(gè)團(tuán)隊(duì)，因?yàn)椴煌倪M(jìn)程可以通過內(nèi)核來協(xié)調(diào)交互。QNX Neutrino充當(dāng)一個(gè)“軟件總線”的角色，可以在需要的時(shí)候動態(tài)的插入和移除系統(tǒng)模塊。

2.3 IPC

進(jìn)程間通信 (IPC) 是將應(yīng)用程序設(shè)計(jì)為一組協(xié)作進(jìn)程的關(guān)鍵。

QNX 是同類中第一個(gè)使用消息傳遞作為IPC 基本手段的商業(yè)操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)的強(qiáng)大功能、簡單性和優(yōu)雅性在很大程度上歸功于在整個(gè)系統(tǒng)中完全集成了消息傳遞方法。

在 QNX Neutrino 中，消息是從一個(gè)進(jìn)程傳遞到另一個(gè)進(jìn)程的字節(jié)包。操作系統(tǒng)對消息的內(nèi)容沒有任何特殊意義——消息中的數(shù)據(jù)對消息的發(fā)送者和接收者都有意義，但對其他人沒有意義。

消息傳遞不僅允許進(jìn)程相互傳遞數(shù)據(jù)，而且還提供了一種同步多個(gè)進(jìn)程執(zhí)行的方法。當(dāng)它們發(fā)送、接收和回復(fù)消息時(shí)，進(jìn)程會經(jīng)歷各種“狀態(tài)變化”，這些變化會影響它們運(yùn)行的時(shí)間和時(shí)間。

了解它們的狀態(tài)和優(yōu)先級后，微內(nèi)核可以盡可能高效地調(diào)度所有進(jìn)程，以充分利用可用的 CPU 資源。這種單一的、一致的方法——消息傳遞——因此在整個(gè)系統(tǒng)中不斷地運(yùn)行。

實(shí)時(shí)應(yīng)用程序和其他關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用程序通常需要可靠的IPC 形式，因?yàn)闃?gòu)成此類應(yīng)用程序的過程是如此緊密相關(guān)。QNX Neutrino 的消息傳遞設(shè)計(jì)強(qiáng)加的紀(jì)律有助于為應(yīng)用程序帶來秩序和更高的可靠性。

2.4 內(nèi)存保護(hù)

QNX Neutrino利用MMU，在受保護(hù)的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了POSIX的線程模型。

針對內(nèi)存保護(hù)，有以下幾種情況：

不提供內(nèi)存保護(hù)：所有程序位于同一個(gè)地址空間，應(yīng)用程序可以訪問所有空間，效率較高，但是程序指針錯(cuò)誤可能造成內(nèi)核崩潰

單內(nèi)核OS提供部分內(nèi)存保護(hù)：用戶層和系統(tǒng)層進(jìn)行了隔離，內(nèi)核和各種驅(qū)動、協(xié)議棧在同一個(gè)地址空間，應(yīng)用程序在單獨(dú)空間。內(nèi)核模塊處于一個(gè)保護(hù)空間，效率較高，應(yīng)用程序無法訪問，系統(tǒng)的穩(wěn)定性也得到提高。由于內(nèi)核模塊處于保護(hù)空間，調(diào)試會比較困難。比如Linux系統(tǒng)。

微內(nèi)核OS提供完整的內(nèi)存保護(hù)：內(nèi)核處于一個(gè)被保護(hù)的地址空間，驅(qū)動程序、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及應(yīng)用程序等處于程序空間中。

QNX就是微內(nèi)核，使用的上面c方案，如上圖。內(nèi)存保護(hù)其實(shí)就是微內(nèi)核中的系統(tǒng)服務(wù)之間：地址空間隔離。

2.5 分布式網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)中任何機(jī)器上的任何線程都可以直接使用任何其他機(jī)器上的任何資源。從應(yīng)用程序的角度來看，本地資源和遠(yuǎn)程資源之間沒有區(qū)別——不需要在應(yīng)用程序中構(gòu)建特殊設(shè)施來允許它們使用遠(yuǎn)程資源。

用戶可以訪問網(wǎng)絡(luò)上任何地方的文件，利用任何外圍設(shè)備，并在網(wǎng)絡(luò)上的任何機(jī)器上運(yùn)行應(yīng)用程序（只要他們有適當(dāng)?shù)臋?quán)限）。進(jìn)程可以在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的任何地方以相同的方式進(jìn)行通信。同樣，操作系統(tǒng)無所不在的消息傳遞 IPC 解釋了這種流暢、透明的網(wǎng)絡(luò)。

4.QNXNeutrino RTOS

QNX Neutrino實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)：內(nèi)存受保護(hù)的微內(nèi)核架構(gòu)。

QNX Neutrino實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示：

QNX Neutrino RTOS是功能齊全性能可靠的簡化版操作系統(tǒng)，可滿足最小規(guī)格的實(shí)時(shí)嵌入系統(tǒng)的有限資源要求。其真正的微內(nèi)核操作系統(tǒng)和模塊化架構(gòu)可使客戶以較低的運(yùn)行總成本創(chuàng)建高度優(yōu)化的可靠系統(tǒng)。

(1). 該系統(tǒng)建立在真正的微內(nèi)核架構(gòu)上。在這種系統(tǒng)中，所有驅(qū)動程序、應(yīng)用程序、協(xié)議棧和文件系統(tǒng)都在內(nèi)核外部內(nèi)存受保護(hù)的安全的用戶空間內(nèi)運(yùn)行。幾乎所有組件在出現(xiàn)故障時(shí)都能自動重啟而不會影響其他組件或內(nèi)核。

(2). 該系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，可允許用戶動態(tài)升級模塊、引入新功能或?qū)嵤﹩栴}修復(fù)，而無高增加停機(jī)時(shí)間和系統(tǒng)中斷的成本。

(3). 該系統(tǒng)采用多核技術(shù)和內(nèi)置透明分布處理技術(shù)。

(4). 該系統(tǒng)根據(jù)POSIX標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，只需通過簡單地重新編譯，就可移植既存代碼、開源UNIX、Linux和因特網(wǎng)代碼。通過標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序接口，用戶能重新使用應(yīng)用程序代碼。

(5). 該系統(tǒng)利用自適應(yīng)分區(qū)技術(shù)確保系統(tǒng)資源滿足應(yīng)用要求。

(6). 該系統(tǒng)支持x86、PowerPC和ARM平臺。

QNX Momentics工具套件(ToolSuite)：基于Eclipse的靈活集成開發(fā)環(huán)境。

(1). 該工具套件包含用戶所需的所有工具，便于迅速創(chuàng)建和優(yōu)化用于QNX Neutrino實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序。從板卡啟動到遠(yuǎn)程診斷，QNXMomentics工具套件為用戶提供在整個(gè)開發(fā)周期內(nèi)節(jié)省時(shí)間的工具，而且全部在單獨(dú)、使用簡便的環(huán)境中進(jìn)行。

(2). 用戶可選擇自己喜歡的編程語言、主機(jī)和目標(biāo)機(jī)。利用QNX Momentics工具套件，用戶可使用C、C++、嵌入式C++編程；可以在Windows或Linux主機(jī)中開發(fā)程序；并以ARM、PowerPC和x86處理器為開發(fā)目標(biāo)，所有工具都取自相同的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)。該工具套件還提供極大的靈活性，允許用戶同時(shí)混用多種編程語言和處理器架構(gòu)。

(3). 該工具套件提供了大量的優(yōu)質(zhì)高效的分析工具，以加快產(chǎn)品交付所有階段的進(jìn)展。該工具套件包括許多非侵入式圖形分析工具，以幫助用戶輕松隔離并呈現(xiàn)資源的使用情況、定位瓶頸并對系統(tǒng)性能進(jìn)行精確調(diào)整，包括應(yīng)用程序剖析、系統(tǒng)剖析和內(nèi)存分析。

(4). 該工具套件支持所有QNXNeutrino實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)技術(shù)，包括多核技術(shù)、擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)、閃存文件系統(tǒng)、高級圖形和透明分布處理技術(shù)等。

(5). 該工具套件中含有經(jīng)過優(yōu)化的GCC編譯器、GDB調(diào)試程序。

5.開源代碼及開源商業(yè)模式

代碼路徑：https://github.com/vocho/openqnx

README中，有編譯的方法，但是讓我安裝一個(gè)軟件，這個(gè)就是工具鏈。而這個(gè)不開源的工具鏈需要license。我搞了一通沒成功，放棄了。這不能編譯，只開放了內(nèi)核核心代碼但是不全??！還不能編譯，誰有可以編譯的方法可以告訴我，一起學(xué)習(xí)。





審核編輯：劉清