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Eplankton / mos-stm32

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Eplankton 提交于 2024-05-15 12:32 . Update README

MOS-STM32 🧀

介绍 🚀

中文 | English

 A_A       _
o'' )_____//    MOS @ STM32
 `_/  MOS  )    Cortex-M上的简单RTOS
 (_(_/--(_/     MOS <=> Mini-RTOS

- Board: NUCLEO-144 F429ZI
- MCU:   STM32F429ZIT6 (256KB SRAM, 2MB FLASH)

仓库 🌏

Gitee | GitHub

架构 🔍

USR/src

.
├── vendor              // 硬件抽象层(SPL/HAL/LL/...)
└── src
    ├── drivers         // 硬件抽象层兼容接口
       ├── stm32f4xx   // STM32F4xx 片上外设(USART, I2C, SPI,...)
       └── device      // 其他元器件(LED, LCD, SD,...)
    
    ├── mos
       ├── config.h             // 系统配置宏
       ├── arch                 // 硬件架构相关
          └── cpu.hpp          // 初始化/上下文切换
       
       ├── kernel               // 内核层代码(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        // 静态/动态内存分配
          ├── global.hpp       // 内核全局变量
          ├── printf.h/.c      // 线程安全的 printf(*)
          ├── 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
       
       ├── kernel.hpp           // 内核模块
       └── shell.hpp            // 简单的 Shell
    
    ├── user
       ├── gui                  // GUI 相关
          ├── GuiLite.h        // GuiLite 框架
          └── UICode.cpp       // 自定义 UI
       
       ├── global.hpp           // 用户全局变量
       ├── bsp.hpp              // 板级支持包
       ├── app.hpp              // 用户任务
       ├── fatfs.hpp            // 文件系统
       └── test.hpp             // 测试代码
    
    ├── main.cpp                 // 入口函数
    └── stm32f4xx_it.cpp         // 中断处理子例程(部分)

示例 🍎

Shell交互 shell_demo

Mutex测试 mutex_test

LCD驱动与GUI

并发任务周期与时序

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

// HAL and Device 
#include "drivers/stm32f4xx/hal.hpp"
#include "drivers/device/led.hpp"
namespace MOS::User::Global // 用户层全局变量
{
    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 // 板级支持包
{
    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 // 用户层任务
{
    Sync::Barrier_t bar {2};

    void LED_1(Device::LED_t leds[])
    {
        bar.wait();
        for (auto _: Range(0, 20)) {
           leds[1].toggle(); // green
           Task::delay(250_ms);
        }
        kprintf("L1 exits...\n");
    }

    void LED_0(Device::LED_t leds[])
    {
        Task::create(
            LED_1, 
            leds, 
            Task::current()->get_pri(),
            "L1"
        );
        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::Calendar, nullptr, 0, "Calendar"
    );

    Task::create( // Create Shell with io_buf
        Shell::launch, &io_buf, 1, "Shell"
    );

    /* User Tasks */
    Task::create(App::LED_0, &leds, 2, "L0");
    ...

    /* 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   Stack%
-----------------------------------------
 #0    idle      15      READY       10%
 #1    Shell      1      BLOCKED     21%
 #2    L0         2      RUNNING      9%
-----------------------------------------

版本 🧾


📦 v0.1

✅ 完成:

  • 基本的调度器与任务控制,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,其中Mutex_t 使用优先级天花板协议
  • 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_tDriver::Device::ST7735S_t, 移植 GuiLite 图形库
  • Kernel::Global::os_ticksTask::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),并提供类型检查
  • 添加 ESP32C3 作为 WiFi 模块
  • 移植 Driver::Device::SD_tSD 卡驱动(SPI模式)
  • 移植 FatFs 文件系统
  • 添加 Shell::usr_cmds,用户注册服务
  • [实验性] 原子类型 <stdatomic.h>
  • [实验性] Utils::IntrGuard_t,可嵌套的中断临界区

📌 计划:

  • 进程间通信:管道/通道
  • FPU 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] Scheduler 形式化验证
  • [实验性] 更多实时调度算法

参考资料 🛸

Wake up, Neo...
The Matrix has you...
Follow the white rabbit.
Knock, knock, Neo.
C++
1
https://gitee.com/Eplankton/mos-stm32.git
git@gitee.com:Eplankton/mos-stm32.git
Eplankton
mos-stm32
mos-stm32
master

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