温馨舒适的RTOS、零中断延迟的RTOS ❕

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最新消息

• CosyOS-III V1.4.0 发布，推出了升级安装程序 CosyOS-III Cube.exe，可轻松将裸机工程升级为CosyOS工程。
• CosyOS-III V1.3.8 发布，完善了对 Arm Compiler 5/6、GNU Compiler、IAR Compiler 等主流编译器的支持。
• CosyOS-III V1.3.0 发布，解决了当嵌套获取多个互斥信号量时，可能会发生的优先级反转问题（该bug普遍存在于常见主流RTOS中）。
• CosyOS 又取得新突破，现已升级至 CosyOS-III，说明文档持续更新中。。。
  原有 CosyOS-I、CosyOS-II 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关闭总中断可能过于频繁，且未能提供“系统最大关闭总中断时间”等核心关键参数，实时性有待商榷。
  
• 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以极具浪漫主义色彩的宏定义，实现了高度的面向对象及良好的易用性。

CosyOS-实时运行模型

• 用户中断层 [用户中断按中断优先级实时抢占、零中断延迟]
  
  • 中断本地服务 -> 执行
    
  • 中断挂起服务_FIFO -> 装载
    
  • 中断挂起服务_FLAG -> 设置
    
• 内核服务层
  • SysTick [minpri]
    
    • 软件定时器计数
      
    • 恢复定时任务
      
    • 调用定时钩子、滴答钩子 [滴答服务 -> 执行]
      
  • PendSV [minpri]
    
    • 中断挂起服务_FIFO -> 执行
      
    • 中断挂起服务_FLAG -> 执行
      
    • 任务调度切换
      
  • 内核锁 [关闭 SysTick/PendSV]
    
    • 任务服务 -> 执行
      
• 任务层
  • 系统调试器 [maxpri]
  • 任务管理器 [maxpri-1]
  • 任务启动器 [maxpri-2]
  • 一般用户任务 [maxpri-3 ~ minpri+1:1]
  • 系统空闲任务 [minpri:0]
    

零中断延迟

• 零中断延迟并非是中断响应时间为零，而是指当引入了RTOS以后，由RTOS保护临界段而导致的中断响应时间延迟为零。换言之，中断响应时间不受RTOS影响，与裸机编程是一样的。

零中断延迟基本原理

• 内核服务层中，SysTick、PendSV、内核锁，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，根据各自特征单独处理。

初体验

下面，让我们来初步体验一下CosyOS的易用性。

CosyOS-III 一步创建任务示例：

任务函数名称	任务优先级	任务栈大小	安全运行时	任务名称（兼容模式）
task_1	1级	128字节	0，无限长	0，任务名称自动引用任务函数名称
task_2	2级	256字节	3个时间片	"task_led"为新的任务名称
task_3	3级	384字节	6个时间片	"task_key"为新的任务名称

注：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。

# 静态创建 task_1
uCreateTask(task_1, 1, 128, 0, 0)
{
    while(1){
        /* 任务代码 */
    }
}

# 动态创建 task_2
dCreateTask(task_2, 2, 256, 3, "task_led")
{
    while(1){
        /* 任务代码 */
    }
}

# 动态创建 task_3
dCreateTask(task_3, 3, 384, 6, "task_key")
{
    while(1){
        /* 任务代码 */
    }
}

# 启动钩子
void start_hook(void)
{
    uStartTask_Ready  (task_1); // 启动 task_1，初始状态为就绪状态
    uStartTask_Block  (task_2); // 启动 task_2，初始状态为阻塞状态（阻塞类型为延时阻塞，延时时间为无限长）
    uStartTask_Suspend(task_3); // 启动 task_3，初始状态为挂起状态
}

您有没有眼前一亮呢？CosyOS创建任务竟如此简单，通过调用API并输入各项参数，而后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。任务静态创建与动态创建的相互转换也极为便利，API名称中，仅需 “u”改“d” 或 “d”改“u” 即可。

突破创新

• 所有支持内核均可实现全局不关总中断、零中断延迟，从系统层面保证了用户中断的实时响应
• 领先的零中断延迟技术，率先应用于8051、Cortex-M0等处理器，在世界上可能尚属首例
• 任务就绪表，采用 零/一/二级位图，保证了抢占式任务调度的硬实时性
• 三维链表（独家技术），可显著的减少操作链表，服务执行速度更快
• 创新的协作式调度，仅作用于相同优先级的任务，具有高度的实用价值
• 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
• 定时服务（软件定时器中断），包括任务和钩子，任务优先级都可由用户灵活配置
• 事件标志组，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

因循守旧

• 完全开源的免版税、确定性的RTOS
• 任务调度，支持不同优先级“抢占式调度”，相同优先级“协作式调度”或“时间片轮转调度”
• 用户任务数量不限，最多支持256级任务优先级
• 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，实时监控各任务的运行，协助开发者及时发现设计中存在的潜在问题
  
  
  --—————— CosyOS-III 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 现支持 keil C51、C251、MDK-Arm，GCC-Arm，IAR-EWARM 等编译器，
未来会继续提供对其它编译器的支持。

文件说明

名称	描述
System	内核文件 CosyOS.H：系统链接头文件 ur_api.h：用户API（含doxygen注释） ur_eapi.h：用户API扩展 sv_❃.c/h：内核服务文件 os_❃.c/h：其它内核文件
Hook	钩子文件 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。
Port	移植文件 syscfg.h：系统配置文件 其它文件夹：各MCU配置和移植文件
Demo	例程文件
Setup	安装程序

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CosyOS原理与应用

开发流程

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参与贡献

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2. 新建 Feat_xxx 分支
3. 提交代码
4. 新建 Pull Request