引言
很多人都聽說過 IoT （物聯網）這個詞，越來越多的人在裝修時開始選擇智能家居，很多人也購買智能音箱做智能家居控制，想必未來一定是 AI + 物聯網的時代。
一種技術要發展並走向成熟必須要降低門檻，提高迭代速度。傳統的嵌入式開發太碎片化，很多時候還在使用代碼復制、粘貼、修改的開發方法。如果不提供一個開箱即用的開發平台，讓磚瓦能一層層疊上去，是很難開發更高級的應用的。
因此需要一個這樣的平台：
- 提供足夠的硬件抽象能力
- 提供友好的編程接口和調試接口
同時結合 IoT 的特點還要：
- 靈活控制非標准的定制硬件
- 適應有限資源的運行設備
因此 IoT 操作系統應運而生。
目前很多公司已經開始布局 IoT 操作系統，如 RT-Thread，華為的 LiteOS 等。
Chino OS
Chino OS 由包括我在內的開發團隊設計開發的一款開源 IoT 操作系統。GitHub 地址：https://github.com/chino-os/chino-os
Chino 主要使用 C++ 語言編寫，配有專用的 GNU 工具鏈和 C 運行庫，使用 DeviceTree 描述硬件配置。目前系統具有以下特性：
- 多任務 (6 個優先級， Round robin 調度)
- 線程同步 (Mutex, Recurisve Mutex, Semaphore, Event)
- 進程間通信 (Mailslot)
- 統一的驅動模型
- 網絡支持 (基於 LwIP 的 Socket API)
Chino 預定義了一組驅動接口，為應用開發者提供了一個統一的 API 層，使得開發者的大部分需求不用關心具體硬件差異。部分設備抽象如下表：
| 類別 | 子類 | 示例驅動 |
| 中斷控制器 | cortex-m3, nvic | |
| IO / 總線 | GPIO | stm32f10x, gpio |
| I²C | stm32f10x, i2c | |
| SPI | stm32f10x, spi | |
| 串行 | stm32f10x, uart | |
| SDIO | stm32f10x, sdio | |
| 存儲 | EEPROM | AT24C02 |
| Flash | GD25Q128 | |
| SD 內存卡 | SD V2.0 大容量存儲 | |
| 顯示 | TFT LCD | ILI9486L |
| 網絡 | 以太網 | ENC28J60 |
| 傳感器 | 加速度計 | ADXL345 |
Chino 目前支持 x86_64、Cortex-M3 架構，可運行在 PC 和 STM32 開發板上。未來計划支持 ESP32、RISCV32/64 等更多架構。
Chino 在 STM32F103 開發板上的運行截圖
代碼示例
1. GPIO 亮小燈
亮小燈可以說是嵌入式開發的 Hello World 了。
1 auto access = OA_Read | OA_Write; 2 auto gpio = g_ObjectMgr->GetDirectory(WKD_Device).Open("gpio3", access).MoveAs<GpioController>(); 3 auto pin0 = gpio->OpenPin(0, access); 4 pin0->SetDriveMode(GpioPinDriveMode::Output); 5 6 while (true) 7 { 8 pin0->Write(GpioPinValue::Low); 9 g_ProcessMgr->SleepCurrentThread(1s); 10 pin0->Write(GpioPinValue::High); 11 g_ProcessMgr->SleepCurrentThread(1s); 12 }
程序申請讀寫權限打開名為 “gpio3” 的 GPIO 控制器，然后打開第 0 個 Pin，並設置該 Pin 的驅動模式為輸出。
然后間隔 1s 切換輸出高低電平。
這段代碼隱藏了硬件具體細節，在任意具有 GPIO 的硬件上無需修改代碼便可運行。
2. 讀寫 Flash
1 auto flash1 = g_ObjectMgr->GetDirectory(WKD_Device).Open("flash1", access).MoveAs<FlashStorage>(); 2 { 3 gsl::span<const uint8_t> writeBuffers[] = { buffer }; 4 flash1->Write(0, { writeBuffers }); 5 } 6 { 7 gsl::span<uint8_t> readBuffers[] = { buffer }; 8 kassert(flash1->Read(0, { readBuffers }) == std::size(buffer)); 9 g_Logger->PutString("GD25Q128 Read:\n"); 10 g_Logger->DumpHex(buffer, std::size(buffer)); 11 }
這段代碼功能很簡單：打開 flash 之后寫入數據然后讀取數據。唯一需要說明的是 Chino 的 IO 部分均使用 BufferList 來讀寫數據，因此可以支持多個非連續內存段讀寫，且沒有復制開銷。
3. TCP Echo
1 auto eth0 = g_NetworkMgr->InstallNetworkDevice(g_ObjectMgr->GetDirectory(WKD_Device).Open("eth0", OA_Read | OA_Write).MoveAs<EthernetController>()); 2 eth0->SetAsDefault(); 3 eth0->Setup(); 4 g_NetworkMgr->Run(); 5 6 auto bindAddr = std::make_shared<IPEndPoint>(IPAddress::IPv4Any, 80); 7 auto socket = MakeObject<Socket>(AddressFamily::IPv4, SocketType::Stream, ProtocolType::Tcp); 8 socket->Bind(bindAddr); 9 socket->Listen(1); 10 11 auto client = socket->Accept(); 12 while (true) 13 { 14 const uint8_t text[] = "hello\n"; 15 gsl::span<const uint8_t> buffers[] = { {text,6} }; 16 17 try 18 { 19 client->Send({ buffers }); 20 g_ProcessMgr->SleepCurrentThread(1s); 21 } 22 catch (...) 23 { 24 break; 25 } 26 }
程序打開名為 “eth0” 的以太網控制器，並注冊到網絡子系統。
然后創建一個 Tcp Socket，並監聽 80 端口。
接受一個客戶端連接並循環輸出 hello，直到連接被關閉則退出循環。
系列說明
本文作為 Chino 操作系統開發日志的第一篇，簡單概述了 Chino 目前的開發進度和基本的編程模型。今后的文章會詳細介紹各個子系統的設計和開發的最新進展。
歡迎大家提出批評和建議，幫助 Chino 發展得更好。
最后再次附上 Chino 項目地址：https://github.com/chino-os/chino-os，希望大家多 star，多提 issue。