cosyos/README.md

CosyOS

温馨舒适的RTOS

序

纵观天下之RTOS，基本千篇一律、人云亦云，普遍都存在实时性差、缺乏创新等特点，只有极少数RTOS能够一骑绝尘。 实时性差是因为存在关闭总中断的情况。中断才是最需要实时处理的，而不是任务，中断的实时性问题不解决，任务调度的再及时、切换的再快也是白搭。从这个角度来说，Keil RTX是非常优秀的，因为它实现了Cortex-M3以上内核全局不关中断，然而对于其它内核来说却没有这个待遇。
设计一款所有内核全局不关中断的RTOS成为了作者的奋斗目标，否则在如今RTOS烂大街的情况下，再设计一款千篇一律的RTOS还有什么意义呢？

简介

CosyOS始创于2021年，并于2022年底完成kernel的第一个版本V1.0.0。作者以“突破创新”为理念，“简单易用”为原则，经过不懈的努力，终于大获成功。CosyOS的最大亮点是实现了所有内核全局不关中断（零中断延迟）。除此之外，一些传统技术均实现了突破与创新。如消息邮箱，支持随意定义数据类型，丰富了邮件的形式；事件标志组，支持定义标志位，方便了标志组的应用。另外，CosyOS还独创了一些新技术，如私信等，会陆续向大家介绍... ...

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的安全关键技术之一，是为了当有任务出现代码运行卡死或死循环时，能够及时停止该任务，使得比它优先级低的任务得以正常运行。
注2：私信是CosyOS独创的一种任务间通讯方式，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)
{
    ... ...
    uSendDM(demo2_task) "hello", 999, 3.14); // 发送私信至demo2_task（C89Mode）
    uSendDM(demo2_task, "hello", 999, 3.14); // 发送私信至demo2_task（C99Mode）
    ... ...
    uEndTasking; // 所有任务的最后一句代码
}

# 创建demo2_task
uCreateTask(demo2_task, 2, 256, 9, 3)(char *p, int a, float b)
{
    ... ...
    if(uRecvDM(500)) // 接收私信（超时时间为500个滴答周期，返回值为真则接收成功）
    {
        /* 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。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。

突破与创新

• 开创性的实现了所有内核全局不关中断（零中断延迟），保证了中断中用户代码的实时性
• 独创的私信（任务形参），参数可随意定义，使用极为灵活，是任务间通讯的利器
• 独创的软件RTC，支持设置时间和获取时间，可替代硬件RTC
• 80251内核支持独创的虚拟双栈指针技术，使任务的切换效率等同于Cortex-M
• 定时中断任务/钩子、定时查询任务/钩子，针对于嵌入式开发中最典型的应用
• 消息邮箱，每个邮箱在创建时，都可定义属于自己的数据类型，极大的丰富了邮件的形式，方便了任务间消息的传递
• 消息队列，采用FIFO机制，支持常量和变量类型的字符串和数组。常量类型采用指针引用方式，变量类型同时支持指针引用和数据拷贝两种方式
• 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，通过调用API可实现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

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

任务调度

CosyOS的任务调度类型包括抢占式调度、时间片轮转调度，不同优先级采用抢占式调度，相同优先级采用时间片轮转调度。
CosyOS的任务调度时机分为定时调度与临时调度。

定时调度

• 在每个系统滴答周期，SysTick_Handler都会触发一次任务调度。
  

临时调度

• 启动任务时，会立即触发任务调度；
  
• 当前任务被阻塞、挂起、停止、删除、设置优先级时，会立即触发任务调度；
  
• 恢复任务时，如果恢复后该任务可以运行并且它的优先级高于当前任务的优先级，会立即触发任务调度；
  
• 设置其它任务优先级时，如果该任务可以运行并且它的新优先级高于当前任务的优先级，会立即触发任务调度。
  

CosyOS的任务调度机制可最大程度的实现尽可能实时高效的任务切换，使任务的切换效率无与伦比。

任务优先级分组

您可在系统配置文件中配置任务优先级分组。共有六个分组可供选择，8级、16级、32级、64级、128级、256级。
如您配置的分组为8级，则最高优先级为7级，最低优先级为0级；如您配置的分组为256级，则最高优先级为255级，最低优先级为0级。

时间片模式

CosyOS有三种时间片的定义模式，全局时间片、算法时间片、自定义时间片，需在系统配置文件中定义。
1. 全局时间片 所有任务采用统一的时间片。
2. 算法时间片 不同优先级任务的时间片不同，采用一个算法公式来描述，优先级越高时间片应越短。
3. 自定义时间片 不同优先级任务的时间片不同，用户自定义各优先级的时间片，优先级越高时间片应越短。

时间片的取值范围：1~65535，单位为滴答周期。

安全运行时

安全运行时是CosyOS的安全关键技术之一，是为了当有任务出现代码运行卡死或死循环时，能够及时停止该任务，使得比它优先级低的任务得以正常运行。当任务累计运行时间超过安全运行时，仍不能被比它优先级低的任务所切换，则SF为软fault，该任务停止运行。安全运行时的取值范围：0~65535，单位为时间片，0为无限长。

支持任务/钩子

一、系统任务
由操作系统自主创建并自动启动的任务。
1. 任务管理器（Taskmgr） 优先级固定为最高级。
2. 调试任务（Debugger） 优先级固定为最高级，用做命令行和任务管理器的串口接收解析。
3. 启动任务（Starter） 优先级固定为比最高级低一级，通过调用启动钩子来启动用户任务，而后删除自身。
4. 系统空闲任务（Sysidle） 优先级固定为最低级0级，是系统级的空闲任务。

二、系统钩子
由操作系统自主创建并自动调用的函数，并由用户来写代码。
1. 初始化钩子（init_hook） 在主函数中首先被调用，适用于初始化时钟、IO、寄存器等工作。
2. 启动钩子（start_hook） 在启动任务中被调用，用于启动用户任务。用户可在启动钩子内调用API“uStartTask”来启动用户任务。
3. 滴答钩子（tick_hook） 每个滴答周期，在SysTick_Handler中都会被调用一次，适用于每滴答周期/秒/分/时/...做一次的工作。
4. 空闲钩子（idle_hook） 在系统空闲任务中被调用，用户可添加自己的代码做一些没有实时性要求的工作。

三、定时任务/钩子
包括定时中断任务/钩子和定时查询任务/钩子，其实质都是软件定时器中断。
1. 定时中断任务/钩子 由用户设定定时时间，当定时器溢出时，系统将自动恢复/调用对应的任务/钩子。支持定时器的自动重装载，可实现自动重复定时。
2. 定时查询任务/钩子 由用户设定定时时间，当定时器溢出后，系统在每个滴答周期都会查询用户定义的事件，若事件为真，系统将自动恢复/调用对应的任务/钩子。支持定时器的自动重装载，可实现自动重复定时。

四、一般用户任务
对于一般用户任务，只要优先级为0级，就是空闲任务。用户空闲任务内都要有阻塞事件，以保证所有空闲任务都有机会被运行。

最高优先级固定分配给任务管理器和调试任务，用户任务不要使用。

任务状态

CosyOS的任务状态较传统RTOS划分更为详细，以便用户在使用任务管理器监控任务时，能够更加准确的判断各任务的运行情况。
具体划分如下：

注：[]为在任务管理器中显示的任务状态

• 运行状态[RDY] 任务正在运行。
• 就绪状态[RDY] 任务已经准备就绪，可以参与任务调度并运行。
• 延时阻塞状态[DLY] 由延时而导致任务进入阻塞状态，直到延时时间结束转为就绪状态。
• 非延时阻塞状态 ：
  1. 二值信号量阻塞状态[BIN] 由二值信号量等待或获取而导致任务进入阻塞状态，直到成功或超时转为就绪状态。
  2. 互斥信号量阻塞状态[MUT] 由互斥信号量获取而导致任务进入阻塞状态，直到成功或超时转为就绪状态。
  3. 计数信号量阻塞状态[SEM] 由计数信号量获取而导致任务进入阻塞状态，直到成功或超时转为就绪状态。
  4. 等待标志组阻塞状态[GRP] 由事件标志组等待而导致任务进入阻塞状态，直到成功或超时转为就绪状态。
  5. 接收消息阻塞状态[MSG] 由接收消息而导致任务进入阻塞状态，直到收到消息或超时转为就绪状态。
  6. 接收邮件阻塞状态[MAL] 由接收邮件而导致任务进入阻塞状态，直到收到邮件或超时转为就绪状态。
  7. 接收私信阻塞状态[DM] 由接收私信而导致任务进入阻塞状态，直到收到私信或超时转为就绪状态。
  
• 浮动状态[RDY] 浮动状态是临时的就绪状态，在特定条件下可再次转为刚才的阻塞状态。当任务进入非延时阻塞状态后，终将转为浮动状态。在任务管理器中显示为就绪状态。
• 挂起状态[SPD] 任务暂停运行，除任务状态变为挂起外，任务的其它相关信息和数据均保持不变。当恢复任务后，可继续挂起时的断点运行。 运行状态的任务被挂起，恢复后为就绪状态；其它状态的任务被挂起，恢复后为原状态。
• 停止状态 任务停止运行，不可恢复。
  1. 任务栈溢出停止[!OF] 由任务栈溢出而导致任务停止运行。
  2. 任务栈重分配失败停止[!RF] 由任务栈重分配失败而导致任务停止运行。
  3. 安全运行时溢出停止[!SR] 由安全运行时溢出而导致任务停止运行。
  
• 删除状态（Deleted） 任务被删除，若想再次运行该任务，必须重新启动该任务。
  

—————————— CosyOS-任务状态图 ——————————

—————————— CosyOS-任务管理器 ——————————

线程优先级

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。

开发流程

补充说明

API用户参考手册

参与贡献

1. Fork 本仓库
2. 新建 Feat_xxx 分支
3. 提交代码
4. 新建 Pull Request