温馨舒适的操作系统、零中断延迟的操作系统 ❕

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公告

• CosyOS-II 自 V2.1.0 版本开始，采用尤为高效的任务调度算法，任务调度与切换性能大幅提升！
• CosyOS-II 现已支持 Cortex-M 系列全部内核，M0/M0+/M23/M3/M4/M33/M7。
• CosyOS 取得重大技术突破，现已升级至 CosyOS-II，代码风格焕然一新，说明文档持续更新中。原有 CosyOS-I 停止更新维护，但仍提供技术支持。

序言

• 近年来，随着RTOS的普及及在嵌入式设备中的广泛应用，以关闭总中断等方式来保护临界段所带来的危害性（丢失响应、处理延误）正日益凸显出来，其中以高速通讯接收丢帧、高速捕获丢失脉冲等中断丢失响应现象最为紧要和普遍。
  
• 有些RTOS，肆意关闭总中断，且未能提供“最大关闭中断时间”等核心关键参数，实时性已无从谈起。据统计，已经有越来越多的用户均对此表达了不满，并对RTOS中断响应的实时性提出了要求，希望高优先级中断能够实时抢占、零中断延迟。
  
• 随着时代的发展、科技的进步，零中断延迟已经成为可能，RTOS正悄然的面临着一场时代的变革... ...
  
• 2023年，CosyOS 应运而生！
  

简介

CosyOS是一款来自中国的开源实时操作系统，从经典的8051内核，到流行的Arm Cortex-M内核，均可实现全局不关总中断、零中断延迟，适用于对系统实时性及中断响应速度有较高要求的场合。
CosyOS以零中断延迟为宗旨，突破创新为方针，简单易用为原则。

CosyOS-实时运行模型

• 中断层 【用户中断按中断优先级实时抢占、零中断延迟】
  • 用户中断
    -> 中断本地服务的执行
    -> 中断挂起服务的装载
    
• 服务层 【内核服务】
  • SysTick [minpri]
    -> 软件RTC/定时器计数
    -> 恢复定时任务
    -> 调用定时钩子/滴答钩子（滴答服务的执行）
    
  • PendSV [minpri]
    -> 中断挂起服务的执行
    -> 任务调度/切换
    
  • 任务临界区 [关闭SysTick/PendSV]
    -> 任务服务的执行
    
• 任务层 【不同优先级的任务抢占式调度，相同优先级的任务时间片轮转调度】
  • Taskmgr[maxpri]
  • Debugger[maxpri]
  • Starter[maxpri-1]
  • 一般用户任务[maxpri-1 ~ minpri+1:1]
  • 用户空闲任务[minpri:0]
  • 系统空闲任务[minpri:0]

零中断延迟基本原理

• 服务层中，SysTick、PendSV、任务临界区，三者间是互斥访问的。换言之，整个服务层是一个大临界区（服务层临界区）。
• 所有内核服务（中断本地服务除外），均在 “服务层临界区” 执行，从而保证服务的 “操作流” 不会被打断。
• 中断本地服务采用互斥访问机制。

初体验

下面，让我们来初步体验一下CosyOS的易用性。

CosyOS一步创建任务示例：

任务名称	任务优先级	任务栈大小	安全运行时	私信
demo1_task	1级	128字节	0，无限长	0，无私信
demo2_task	2级	256字节	9个时间片	3个参数

注1：安全运行时是CosyOS的安全关键技术，可防止某任务长期独占或超时使用处理器。
注2：私信是CosyOS独创的一种任务间通信方式，可用来实现信号、事件、消息等功能。

# 创建demo1_task
uCreateTask(demo1_task, 1, 128, 0, 0)
{
    uSendTaskMsg(demo2_task) "hello", 999, 3.14); // 发送私信至demo2_task
    uDelay_ms(100); // 阻塞延时100ms
    uEndTasking; // 所有任务线程的最后一句代码
}

# 创建demo2_task
uCreateTask(demo2_task, 2, 256, 9, 3)(char *p, int a, float b)
{
    if(uRecvTaskMsg(500)){ // 接收私信，超时时间为500个滴答周期，返回真则接收成功
        /* 使用私信（读取p、a、b）*/
    }
    uEndTasking;
}

# 启动钩子
void start_hook(void)
{
    uStartTask(demo1_task, 0); // 启动demo1_task并置任务的初始状态为就绪状态
    uStartTask(demo2_task, 1); // 启动demo2_task并置任务的初始状态为挂起状态
}

您有没有眼前一亮呢？CosyOS创建一个任务竟如此简单，通过调用API“uCreateTask”，输入各项参数并直接写任务代码即可（已集成用于任务循环的while(1)，用户可不必再写循环）。下一步就是在启动钩子中启动任务，任务便可参与调度并运行了。
CosyOS还开创性的把任务形参用做私信，私信参数（数量、名称、类型）可随意定义，与普通函数定义形参如出一辙。其它应用也都有着异曲同工之妙，即无论做什么事，都尽可能做到简化流程一步完成，最大程度的降低开发者的工作量，给开发者创造一个温馨舒适的开发环境。

突破创新

• 实现了所有内核全局不关总中断（零中断延迟），保证了中断的实时响应
• 独家技术实现系统服务的可重入，使51彻底摆脱可重入栈、全面提速
• 针对51做了高度的性能优化，使51迸发出蓬勃生机、熠熠生辉
• 251支持MSP、PSP两种栈模式，其中PSP模式可使任务的切换效率等同于Cortex-M
• 定时服务（软件定时器中断），包括定时中断任务/钩子、定时查询任务/钩子，优先级都可由用户灵活配置
• 软件RTC，支持设置时间和获取时间，可替代硬件RTC
• 独创的飞信，极简类型、极速通信，是线程间通信的利器
• 独创的私信，随意定义，灵活多变，便于多条消息的传递
• 消息邮箱，每个邮箱在创建时，都可定义自己的数据类型，极大的丰富了邮件的形式，方便了线程间消息的传递
• 消息队列，支持静态队列和动态队列，传输模式支持FIFO、LIFO，采用高效的指针引用方式
• 事件标志组，声明标志组的同时定义标志位，不同标志组的标志位可以重名，对标志组和标志位的访问通过组名和位名来实现，极大的方便了标志组的应用
• 全局变量访问，支持在任意任务和中断中对全局变量的安全访问，而不必担心重入的发生
• 安全关键技术，有多项安全关键技术，如中断挂起服务空间隔离、安全运行时，可靠性高
• 任务栈监控，拥有多项任务栈监控措施，可提前预判任务栈溢出的风险

因循守旧

• 完全开源的免版税、确定性的RTOS
• 任务调度支持抢占式调度、时间片轮转调度
• 用户任务数量不限，且每个任务都可以有255级优先级（0~254）
• 简洁高效的代码，极低的硬件资源占用，使CosyOS可轻松应用于各种小型MCU
• 任务管理器，可实时监控各任务的运行，便于开发者急时发现设计中存在的潜在问题
  
  —————————— CosyOS-任务管理器 ——————————

支持内核

CosyOS现支持8051、80251、Cortex-M等内核，未来会陆续添加对其它内核的支持。

编译环境

CosyOS是在keil C51、C251、MDK-Arm编译器下开发的，对其支持最好。
未来，将会陆续优化调整对其它编译器的支持。

文件说明

名称	描述
System	CosyOS的内核文件 ur_api.h：用户API sv_：系统服务文件 os_：其它内核文件
Config	CosyOS的配置文件 syscfg.h：系统配置文件 mcucfg_：MCU配置文件
Hook	CosyOS的系统钩子 CosyOS已经为用户创建好了六个系统钩子函数， 分别位于各自的同名文件中，用户直接写代码即可。

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