Опубликована операционная система реального времени RT-Thread 5.1

После года разработки доступен выпуск RT-Thread 5.1, операционной системы реального времени (RTOS) для устройств интернета-вещей. Система развивается с 2006 года сообществом китайских разработчиков и в настоящее время портирована для 154 плат, чипов и микроконтроллеров на базе архитектур x86, ARM, MIPS, С-SKY, Xtensa, ARC и RISC-V. Минималистичная сборка RT-Thread (Nano) требует для работы всего 3 КБ Flash и 1.2 КБ ОЗУ. Для IoT-устройств, сильно не ограниченных в ресурсах, предлагается полнофункциональная версия, поддерживающая управление пакетами, конфигураторы, сетевой стек, пакеты с реализацией графического интерфейса, системы голосового управления, СУБД, сетевых сервисов и движков для выполнения скриптов. Код написан на языке Си и распространяется под лицензией Apache 2.0.

Операционную систему образуют три базовых слоя:

• Ядро, обеспечивающее выполнение задач в режиме реального времени. Ядро предоставляет универсальные базовые примитивы, охватывающие такие области, как управление блокировками и синхронизацией данных, планирование задач, управление потоками, обработка сигналов, очереди сообщений, управление таймером, управление памятью. Специфичные для аппаратного обеспечения особенности реализованы на уровне libcpu и BSP, которые включают необходимые драйверы и код для поддержки CPU.
• Компоненты и сервисы, работающие поверх ядра и предлагающие такие абстракции как виртуальная файловая система, система обработки исключений, хранилище в формате ключ/значение, интерфейс командной строки FinSH, сетевой стек (LwIP) и сетевые фреймворки, библиотеки для поддержки устройств, звуковая подсистема, беспроводной стек, компоненты для поддержки Wi-Fi, LoRa, Bluetooth, 2G/4G. Модульная архитектура позволяет подключать компоненты и сервисы в зависимости от своих задач и имеющихся аппаратных ресурсов.
• Пакеты программ. Программные компоненты общего назначения и библиотеки функций распространяются и устанавливаются в форме пакетов. В настоящее время репозиторий включает более 450 пакетов, предлагающих от графических интерфейсов, мультимедийных приложений и сетевых приложений до систем управления роботами и обработчиков на базе машинного обучения. В пакетах также поставляются движки для организации выполнения программ на языках Lua, JerryScript, MicroPython, PikaScript и Rust (rtt_rust).

Особенности платформы:

• Поддержка архитектур:
  • ARM Cortex-M0/M0+/M3/M4/M7/M23/M33 (поддерживаются микроконтроллеры таких производителей, как ST, Winner Micro, MindMotion, Realtek, Infineon, GigaDevic, Nordic, Nuvoton, NXP).
  • ARM Cortex-R4.
  • ARM Cortex-A8/A9 (NXP).
  • ARM7 (Samsung).
  • ARM9 (Allwinner, Xilinx, GOKE).
  • ARM11 (Fullhan).
  • MIPS32 (Loongson, Ingenic).
  • RISC-V RV32E/RV32I[F]/RV64[D] (sifive, Canaan Kendryt, bouffalo_lab, Nuclei, T-Head, HPMicro).
  • ARC (SYNOPSYS)
  • DSP (TI).
  • C-Sky.
  • x86.
• Расширяемая модульная архитектура, позволяющая сформировать окружение, подходящее для систем с ограниченными ресурсами (минимальные требования - 3 КБ Flash и 1.2 КБ ОЗУ).
• Поддержка различных стандартных интерфейсов для разработки программ, таких как POSIX, CMSIS, C++ API. Отдельно развивается прослойка RTduino для совместимости с API и библиотеками проекта Arduino.
• Возможность расширения через систему пакетов и подключаемых компонентов.
• Поддержка разработки приложения для высокопроизводительной обработки информации.
• Гибкая система управления питанием, позволяющая автоматически переводить устройство в режим сна и динамически управлять напряжением и частотой в зависимости от нагрузки.
• Поддержка аппаратных средств для шифрования и расшифровки, предоставление библиотек с различными криптографическими алгоритмами.
• Унифицированный интерфейс для доступа к периферийным устройствам и дополнительному оборудованию.
• Виртуальная ФС и наличие драйверов для таких ФС, как FAT, UFFS, NFSv3, ROMFS и RAMFS.
• Стек протоколов для TCP/IP, Ethernet, Wi-Fi, Bluetooth, NB-IoT, 2G/3G/4G, HTTP, MQTT, LwM2M и т.п.
• Система удалённой доставки и установки обновлений, поддерживающая шифрование и верификацию по цифровой подписи, возобновление прерванной установки, восстановление после сбоя, откат изменений и т.п.
• Система динамически загружаемых модулей ядра, позволяющая отдельно собирать и разрабатывать компоненты ядра, и динамически загружать их при появлении необходимости.
• Поддержка различных сторонних пакетов, например, Yaffs2, SQLite, FreeModbus, Canopen и т.п.
• Возможность прямой компиляции BSP-пакета (Board Support Package) с компонентами для поддержки определённой аппаратной платформы, и его загрузки на плату.
• Наличие эмулятора (BSP qemu-vexpress-a9), позволяющего разрабатывать приложения без использования реальных плат.
• Поддержка типовых компиляторов и инструментов для разработки, таких как GCC, MDK Keil и IAR.
• Развитие собственной интегрированной среды разработки RT-Thread Studio IDE, позволяющей создавать и отлаживать приложения, загружать их на платы, управлять настройками. Плагины для разработки программ для RT-Thread также доступны для Eclipse и VS Code.
• Наличие консольного интерфейса Env, упрощающего создание проектов и настройку окружения.

Среди изменений в новом выпуске:

• В RT-Smart, гибридной операционной системе на базе RT-Thread, отделяющей приложения от ядра, включена по умолчанию поддержка механизмов epoll, eventfd, signalfd, timerfd и select. Реализована подсистема эмулятора терминала. Добавлена поддержка устройств DFZU2EG MPSoC и cv181x-riscv.
• В RTduino, слой для обеспечения совместимости с экосистемой Arduino, добавлена поддержка плат raspberry-pico, stm32h503-st-nucleo, stm32h563-st-nucleo, stm32f412-nucleo, stm32f407-rt-spark.
• Обновлены сторонние компоненты, такие как ssh, sftp, weston и vim.
• Добавлена поддержка новых плат и чипов, таких как HPMicro RISC-V, STM32 Nucleo, Adafruit Metro M4, Seeed Wio-Terminal, ST (stm32L431_tencentos, stm32h7s7-disco, stm32f407-lckfb-skystar, stm32h503-st-nucleo), Renesas (ek-ra8m1, ek-ra8d1, ra8d1-vision-board), AT32 (at32f402-start, at32f405-start), HT32 (ht32f52352, ht32f12366, AVR32 at32uc3a0256, at32uc3b0256), CVITEK (c906_little, cv18xx_risc-v), WCH (yd-ch32v307vct6), HC32 (ev_hc32f4a0_lqfp176, ev_hc32f460_lqfp100_v2), (ev_hc32f448_lqfp80, GD32 gd32407v-lckfb), NXP (frdm-mcxn947, frdm-mcxa153).
• Оптимизирована работа планировщиков задач и CPU. Добавлена прослойка для абстрагирования планировщика rt_sched.
• Проведена оптимизация работы на многоядерных системах.
• Предоставлена возможность подключения обработчиков к операциям выделения памяти malloc.
• Для архитектур ARM64 и RV64 реализована поддержка обратной трассировки (backtrace) ядра.
• Продолжен переход на новую модель драйверов устройств.
• В virtio-драйверах qemu-virt64-aarch64 и qemu-virt64-riscv добавлена поддержка SDL2.
• Добавлен фреймворк для разработки драйверов clk.
• В DFS добавлена конфигурация exfat. Ядро по умолчанию переведено на использование ФС dfsv2.
• Улучшена поддержка TTY-терминалов.
• В системе ввода/вывода добавлена поддержка флагов O_DIRECT и O_SYNC.
• В реализации легковесных процессов lwP (Lightweight Process) функция wp_new заменена на lwp_create. Добавлена функция sys_setitimer.
• В менеджер памяти MM добавлена поддержка резервирования памяти и реализована функция rt_aspace_mremap_range.
• В Libcpu добавлена поддержка процессоров ARM Cortex-M85 и Cortex-R52