分享一款国产开源的零中断延迟RTOS：CosyOS

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作者 | 来源gitee

基于用心做过项目的朋友应该知道在项目，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）。比如高速通讯接收丢帧、高速捕获丢失脉冲等中断丢失响应现象。

有些RTOS肆意关闭总中断，且未能提供“系统最大关闭中断时间”等核心关键参数，实时性已无从谈起。据统计，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......于是，就有工程师开发了一款零中断延迟的RTOS：CosyOS.

开源地址：

https://gitee.com/cosyos/cosyos

关于CosyOS

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

• 用户中断层
  -> 中断本地服务的执行
  -> 中断挂起服务的装载
  

• 内核服务层

• 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

• 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]
  

• 用户中断按中断优先级实时抢占、零中断延迟

• 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

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：

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。

# 静态创建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
}

# 动态创建demo2_task
dCreateTask(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并输入各项参数，而后直接写任务代码即可（已集成循环，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

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