Операционная система реального времени для микроконтроллеров AVR

Проект вдохновлен ОСРВ, использовавшейся на бортовом компьютере КА Апполон: Apollo Guidance Computer

Executor

В основе ОС лежит концепт процессов (job), и задач (task).

Процессы

Процесс - долгая задача, для выполнения которой требуется продолжительное время (от 1мс)

Описания процессов хранятся в структуре памяти, называемой Core set (корсет). В ней может хранится (пусть) 7 процессов (как в LM). Структура вхождения в корсет:

typedef struct
{
    int8_t priority; // !< Приоритет данного процесса
    uint8_t PID; // !< Идентификатор процесса
    void (*worker)(Job_t* j); // !< Указатель на обработчик процесса
    uint8_t m[JOB_MEM]; // !< Локальная память процесса
} Job_t;

Дополнительная память

В случае необходимости

Задачи

Задача - короткая задача, которая может быть выполнена без существенной задержки остальной системы. Например:

• изменить состояние пина GPIO
• разбудить процесс

Для планирования задач используется структрура Waitlist (лист ожидания). Структура вхождения в лист ожидания:

typedef struct
{
    uint32_t wakeup_time; // !< Время запуска задачи (для отложенного запуска)
    void (*worker)(Task_t* t); // !< Указатель на обработчик задачи
} Task_t;

Пример использования

Если Job A хочет дважды поморгать индикатором он может сделать следуюее:

1. Мгновенно зажечь нужный индикатор
2. Запланировать три новых отложенных задачи с соответствующими временными смещениями:

• Task 1 - выключить индикатор
• Task 2 - включить индикатор
• Task 3 - выключить индикатор

Таким образом за одно действие без дальнейшего вмешательства процесс может осуществить сложную комбинацию действий.

Реальное время

Предварительный период квантования системы Ts = 5мс (200Гц) (на иллюстрации он 10мс).

В ОС присутствует три таймера, отвечающих за осуществление строго периодических действий. Каждая такая операции называется тайпер - периодический таймер (typer - periodic tymer).

Раз в период квантования вызываются следующие тайперы:

1. Анализ листа ожидания и запуск всех отложенных задач с прошедшим временем
2. Основной цикл управления
3. Обращение к периферии

Эти события смещены друг относительно друга так, чтобы никогда не накладываться друг на друга. Подразумевается, что каждое событие обрабатывается меньше 1мс.

    10мс           15мс
:---|------.---.---|---.--:
    |      |   |
    |      |   `- Драйверы периферии (+0.75*Ts)
    |      `- Основной цикл управления (+0.5*Ts)
    `- Обновление листа ожидания (+0*Ts)

Сохранение состояния при перезагрузке

https://github.com/ukmars/mazerunner-core/blob/722cef54d5df91db955748d04f20e0f029fdc152/mazerunner-core/config.h#L137

#define PERSISTENT __attribute__((section(".noinit")))

---

https://stackoverflow.com/questions/3375697/what-are-the-useful-gcc-flags-for-c

Here are mine:

-Wextra and -Wall: essential.
-Wfloat-equal: useful because usually testing floating-point numbers for equality is bad.
-Wundef: warn if an uninitialized identifier is evaluated in an #if directive.
-Wshadow: warn whenever a local variable shadows another local variable, parameter or global variable or whenever a built-in function is shadowed.
-Wpointer-arith: warn if anything depends upon the size of a function or of void.
-Wcast-align: warn whenever a pointer is cast such that the required alignment of the target is increased. For example, warn if a char * is cast to an int * on machines where integers can only be accessed at two- or four-byte boundaries.
-Wstrict-prototypes: warn if a function is declared or defined without specifying the argument types.
-Wstrict-overflow=5: warns about cases where the compiler optimizes based on the assumption that signed overflow does not occur. (The value 5 may be too strict, see the manual page.)
-Wwrite-strings: give string constants the type const char[length] so that copying the address of one into a non-const char * pointer will get a warning.
-Waggregate-return: warn if any functions that return structures or unions are defined or called.
-Wcast-qual: warn whenever a pointer is cast to remove a type qualifier from the target type*.
-Wswitch-default: warn whenever a switch statement does not have a default case*.
-Wswitch-enum: warn whenever a switch statement has an index of enumerated type and lacks a case for one or more of the named codes of that enumeration*.
-Wconversion: warn for implicit conversions that may alter a value*.
-Wunreachable-code: warn if the compiler detects that code will never be executed*.

-Wextra -Wall -Werror -Wundef -Wshadow -Wpointer-arith -Wcast-align -Wstrict-prototypes -Wstrict-overflow=5 -Wwrite-strings -Waggregate-return -Wswitch-default -Wswitch-enum -Wconversion -Wunreachable-code