MKRTOS MCU上的微内核操作系统

• MKRTOS 全称是 Micro-Kernel Real-Time Operating System，中文名字是微内核实时操作系统。
• MKRTOS 是首款在开源的支持MCU的微内核操作系统。未来还将在MCU上支持虚拟化！！下载地址：https://gitee.com/IsYourGod/mkrtos-real
• MKRTOS被设计为一个极其精简的内核，内核只包含thread、task、内存管理等功能，其它所有功能都被实现在用户态，同时兼容 Posix 标准的操作系统，使其完全适用于各类嵌入式场合。MKRTOS架构图如下： 

MKRTOS 的目标

• 1. 真正的微内核设计，适用于工业控制、物联网、车载等领域。
• 1. 开箱即用，支持多种平台。
• 1. 移植方便快捷，内核只需2个驱动支持（串口与systick）。
• 1. 具有高稳定，高抗失效设计。
• 1. 简约设计，支持多进程，多线程，支持单片机。
• 1. RTOS设计，高实时性。

开发背景

• 单片机被广泛的应用与工业以及物联网领域，适用于单片机的操作系统非常到，例如：rtthread，freertos这类的操作系统，但是其功能都非常的简单，使用这类 RTOS 都有着一定的学习成本（我也写过一个，可以看看 xTinyRTOS，非常简单）。开发 MKRTOS 的初衷就是兼容 POSIX，以降低学习成本，并且在开发时还考虑到内存的使用，对内存使用进行优化。Note:rtthread支持软件包，但是也存在架构设计以及拓展性方面的问题。

设计原则

• 1.服务间数据交互不经过第三方组件。
• 2.服务间最简接口原则。
• 3.内核最小功能原则。
• 4.类L4内核(第三代微内核)。

MKRTOS 内核

done

• 1.处理器：默认支持 Cortex-M3 处理器
• 2.进程间通信，采用同步通信机制，内核不缓存任何数据。
• 3.内核只需要支持systick以及串口即可启动系统。
• 4.内核采用C语言编写，并使用面向对象的编程方式，功能均被抽象为内核对象。
• 5.内核支持对象：线程对象、进程对象、工厂对象、内存管理对象、Log对象，IPC对象。
• 4.多线程：支持多线程管理，线程与task分离，设计跟合理。
• 5.多进程（MPU实现进程隔离）：支持内存空间与对象空间，进程只管理资源。
• 6.irq对象支持，用于内核中断转发到用户态。
• 7.IPC功能完善。
• 8.内核futex支持（用于实现用户态的锁）。

todo

• 1.Cortex-M其它系列处理器、RISC-V，龙芯支持。
• 2.硬件浮点支持。
• 3.支持MMU实现进程隔离。

doing

• 1.完善内核.

MKRTOS 用户态基础支持

done

• 1.可执行文件：支持bin可执行文件。
• 2.musl libc库支持。
• 3.kconfig支持。
• 4.Fat文件系统支持
• 5.modubs支持。

doing

• 1.init进程
• 2.shell服务
• 3.path manager服务
• 4.drv 服务
• 5.Ext、LittleFs系列文件系统支持

todo

• 1.process manager服务
• 2.字符驱动、块驱动、显示驱动、网络驱动支持

MKRTOS 用户态生态

• 1.toybox常用命令支持
• 2.ota支持
• 3.ymodem支持
• 4.GUI支持。
• 5.lwip支持.
• 6.can通信协议支持。
• 7.AT协议支持。
• 8.其它。

怎么使用？

• 工程采用CMake进行管理，并在Linux下进行开发，建议使用Ubuntu18.04开发。
• GCC编译器采用gcc-arm-none-eabi-5_4-2016q3，也可以使用新版本进行开发。
• Qemu模拟STM32F2，老版本的Qemu对coretx-m3的模拟存在bug，请使用最新版本Qemu8.0及以上。 使用步骤：

1. 安装CMake

sudo apt install cmake

1. 安装ninja

sudo apt update
sudo apt install ninja-build

1. 下载gcc

• 直接使用ubuntu命令安装的gcc arm会没有gdb，可以直接到我给定的仓库下载

https://gitee.com/IsYourGod/mkrtos-tools.git

1. Qemu

• 1.Qemu可以直接下载官方的进行编译
• 2.也可以从我给定的链接下载

https://gitee.com/IsYourGod/mkrtos-tools.git

1. 修改build.sh脚本中GCC路径和GCC库路径

export TOOLCHAIN=/home/zhangzheng/gcc-arm-none-eabi-5_4-2016q3/bin/
export TOOLCHAIN_LIB=/home/zhangzheng/gcc-arm-none-eabi-5_4-2016q3/lib/gcc/arm-none-eabi/5.4.1/armv7-m

1. 修改run.sh 和debug.sh中qemu的路径

qemu-system-arm -machine\
 	netduino2 -cpu cortex-m3 \
  	-nographic -m size=2\
   	-kernel $PWD/build/output/kernel.img \
    -S -gdb tcp::$1

1. 执行run.sh 输出如下：

root@VM-4-4-ubuntu:/home/mkrtos-real-test/mkrtos-real# ./run.sh 
st:0x20000000 re:0x3 sub:0x1000
 region:[xxoooooo]
st:0x20008000 re:0xff sub:0x1000
 region:[xxxxxxxx]
task alloc size is 17720, base is 0x20002000
exc_regs:8010001 20003da0 20002000
mkrtos init done..
mkrtos running..
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init..