介绍 🚀

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 A_A       _    MOS Real-Time Operating System
o'' )_____//    Cortex-M 上的简单实时操作系统
 `_/  MOS  )    使用 C/C++ 开发
 (_(_/--(_/     [Apache License Version 2.0]

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架构 🔍

USR/src

.
├── 📁 vendor              // 硬件抽象层(SPL/HAL/LL/...)
└── 📁 src
    ├── 📁 driver          // 接口兼容层
    │   ├── 📁 stm32f4xx   // STM32F4xx 片上外设(USART, I2C, SPI,...)
    │   └── 📁 device      // 其他元器件(LED, LCD, SD,...)
    │
    ├── 📁 core
    │   ├── 📁 arch              // 架构相关
    │   │   └── cpu.hpp          // 初始化/上下文切换
    │   │
    │   ├── 📁 kernel            // 内核层(架构无关)
    │   │   ├── macro.hpp        // 内核常量宏
    │   │   ├── type.hpp         // 基础类型
    │   │   ├── concepts.hpp     // 类型约束(可选)
    │   │   ├── data_type.hpp    // 基本数据结构
    │   │   ├── alloc.hpp        // 内存管理
    │   │   ├── global.hpp       // 内核层全局变量
    │   │   ├── printf.h/.c      // 线程安全的 printf(参考开源实现)
    │   │   ├── task.hpp         // 任务控制
    │   │   ├── sync.hpp         // 同步原语
    │   │   ├── scheduler.hpp    // 调度器
    │   │   ├── ipc.hpp          // 进程间通信
    │   │   └── utils.hpp        // 其他工具
    │   │
    │   ├── config.h             // 系统配置
    │   ├── kernel.hpp           // 内核模块
    │   └── shell.hpp            // Shell 命令行
    │
    ├── 📁 user                  // 用户层
    │   ├── 📁 gui               // 图形系统
    │   │   ├── GuiLite.h        // GuiLite 框架
    │   │   └── UICode.cpp       // 自定义 UI
    │   │
    │   ├── global.hpp           // 用户层全局变量
    │   ├── bsp.hpp              // 板级支持包
    │   ├── app.hpp              // 用户任务
    │   ├── fatfs.hpp            // FatFs 文件系统
    │   └── test.hpp             // 测试代码
    │
    ├── main.cpp                 // 系统入口函数
    └── stm32f4xx_it.cpp         // 中断处理子例程

示例 🍎

Shell交互
Mutex测试(优先级天花板协议)
LCD驱动与GUI

并发任务周期与抢占

// MOS Kernel & Shell
#include "core/kernel.hpp"
#include "core/shell.hpp"

// HAL and Device 
#include "drivers/stm32f4xx/hal.hpp"
#include "drivers/device/led.hpp"

namespace MOS::User::Global
{
    using namespace HAL::STM32F4xx;
    using namespace Driver::Device;
    using namespace DataType;

    // Shell I/O UART and Buffer
    auto& stdio = STM32F4xx::convert(USARTx);
    DataType::SyncRxBuf_t<16> io_buf;

    // LED red, green, blue
    Device::LED_t leds[] = {...};
}

namespace MOS::User::BSP
{
    using namespace Driver;
    using namespace Global;

    void LED_Config()
    {
        for (auto& led: leds) {
            led.init();
        }
    }

    void USART_Config()
    {
        stdio.init(9600-8-1-N)
             .rx_config(PXa)  // RX -> PXa
             .tx_config(PYb)  // TX -> PYb
             .it_enable(RXNE) // Enable RXNE interrupt
             .enable();       // Enable UART
    }
    ...
}

namespace MOS::User::App
{
    Sync::Barrier_t bar {2}; // Set Barrier to sync tasks

    void led1(Device::LED_t leds[])
    {
        bar.wait();
        for (auto _: Range(0, 20)) {
           leds[1].toggle(); // green
           Task::delay(250_ms);
        }
        kprintf(
            "%s exits...\n",
            Task::current()->get_name()
        );
    }

    void led0(Device::LED_t leds[])
    {
        Task::create(
            led1, 
            leds, 
            Task::current()->get_pri(),
            "led1"
        );
        bar.wait();
        while (true) {
            leds[0].toggle(); // red
            Task::delay(500_ms);
        }
    }
    ...
}

int main()
{
    using namespace MOS;
    using namespace Kernel;
    using namespace User;
    using namespace User::Global;

    BSP::config(); // Init hardware and clocks

    Task::create( // Create Calendar with RTC
        App::time_init, nullptr, 0, "time/init"
    );

    Task::create( // Create Shell with stdio.buf
        Shell::launch, &stdio.buf, 1, "shell"
    );

    /* User Tasks */
    Task::create(App::led_init, &leds, 2, "led/init");
    ...

    /* Test examples */
    Test::MutexTest();
    Test::MsgQueueTest();
    ...
    
    // Start scheduling, never return
    Scheduler::launch();
}

启动 ⚡

 A_A       _   Version @ x.x.x(...)
o'' )_____//   Build   @ TIME, DATE
 `_/  MOS  )   Chip    @ MCU, ARCH
 (_(_/--(_/    2023-2024 Copyright by Eplankton

 Tid   Name   Priority   Status    Mem%
----------------------------------------
 #0    idle      15      READY      10%
 #1    shell      1      BLOCKED    21%
 #2    led0       2      RUNNING     9%
----------------------------------------

版本 📜

📦 v0.1

✅ 完成：

基本的数据结构、调度器与任务控制、内存管理

📌 计划：

定时器，时间片轮转调度

进程间通信 IPC，管道、消息队列

进程同步 Sync，信号量、互斥锁

移植简单的 Shell

可变页面大小，内存分配器

SPI 驱动，移植 GuiLite/LVGL 图形库

移植到其他开发板/架构，例如 ESP32-C3(RISC-V)

📦 v0.2

✅ 完成：

Sync::{Sema_t, Lock_t, Mutex_t<T>, CondVar_t, Barrier_t} 同步原语

Scheduler::Policy::PreemptPri，在相同优先级下则以时间片轮转 RoundRobin 调度

Task::terminate 在任务退出时隐式调用，回收资源

Shell::{Command, CmdCall, launch}，简单的命令行交互

HAL::STM32F4xx::SPI_t 和 Driver::Device::ST7735S_t, 移植 GuiLite 图形库

Kernel::Global::os_ticks 和 Task::delay，阻塞延时

重构项目组织为 {kernel, arch, drivers}

支持 GCC 编译，兼容 STM32Cube HAL

HAL::STM32F4xx::RTC_t, CmdCall::date_cmd, App::Calendar 实时日历

idle 使用 Kernel::Global::zombie_list 回收非活动页面

三种基本的页面分配策略 Page_t::Policy::{POOL(池), DYNAMIC(动态), STATIC(静态)}

📦 v0.3

✅ 完成：

Tids 映射到 BitMap_t

IPC::MsgQueue_t，消息队列

Task::create 允许泛型函数签名为 void fn(auto argv)，提供类型检查

添加 ESP32-C3 作为 WiFi 元件

添加 Driver::Device::SD_t，SD卡驱动，移植 FatFs 文件系统

添加 Shell::usr_cmds，用户注册命令

[实验性] 原子类型 <stdatomic.h>

[实验性] Utils::IrqGuard_t，嵌套中断临界区

[实验性] Scheduler + Mutex 简单的形式化验证

📌 计划：

进程间通信：管道/通道

FPU 硬件浮点支持

性能基准测试

Result<T, E>, Option<T>，错误处理

DMA_t 驱动

软/硬件定时器 Timer

[实验性] 添加 POSIX 支持

[实验性] 异步无栈协程 Async::{Future_t, async/await}

[实验性] 更多实时调度算法

参考资料 🛸

How to build a Real-Time Operating System(RTOS)
PeriodicScheduler_Semaphore
STM32F4-LCD_ST7735s
A printf/sprintf Implementation for Embedded Systems
GuiLite
STMViewer
FatFs
The Zephyr Project
Eclipse ThreadX
Embassy

There's a movie on TV.
Four boys are walking on railroad tracks...
I better go, too.

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