cmc-labo/tinyos-rtosRTOS ultraleve para IoT com escalonamento preemptivo, TLS/DTLS, MQTT, CoAP, compatibilidade POSIX e proteção de memória baseada em MPU. Kernel com menos de 10 KB.
Um sistema operacional em tempo real ultra-leve para dispositivos IoT e embarcados com recursos limitados.
Kernel com footprint inferior a 10 KB, RAM mínima de 2 KB, escalonamento preemptivo baseado em prioridade.
| Categoria | Detalhes |
|---|---|
| Kernel | Escalonamento preemptivo baseado em prioridade (256 níveis), round-robin dentro da mesma prioridade, busca de prioridade O(1) via bitmap, herança de prioridade |
| Sincronização | Mutex (com herança de prioridade), semáforo, variável de condição, grupos de eventos, filas de mensagens |
| Temporizadores de Software | Disparo único e recarga automática, precisão de milissegundos, alteração de período em tempo de execução |
| Memória | Alocador first-fit com coalescência imediata (heap de 8 KB, alinhado a 8 bytes), detecção de estouro de pilha, marca d'água alta por tarefa |
| Shell | Shell interativo VT100 — 23 comandos integrados, histórico de comandos (↑↓), preenchimento com Tab, editor de linha completo |
| Compatibilidade POSIX | pthreads (criar/juntar/destacar/sair, mutex, var. cond.) · API de socket BSD (socket/bind/listen/accept/connect/send/recv, inet_pton/ntop, htons/htonl) |
| Sistema de Arquivos | FS em dispositivo de bloco com journaling (WAL, recuperação de falhas), compartilhamento de blocos COW, snapshots atômicos, API similar à POSIX |
| Rede | Ethernet, IPv4, ICMP, UDP, TCP, cliente/servidor HTTP, DNS |
| TLS / DTLS | TLS 1.2/1.3 sobre TCP, DTLS 1.2 sobre UDP (backend mbedTLS) |
| MQTT | MQTT 3.1.1 completo — QoS 0/1/2 com tabela de retransmissão em voo, fila offline, reconexão automática com back-off exponencial |
| CoAP | Cliente/servidor compatível com RFC 7252, padrão observe |
| OTA | Atualizações de firmware em partições A/B, verificação CRC32, reversão |
| Watchdog | Watchdog de hardware e software, monitoramento de tempo limite por tarefa |
| Energia | Modos Idle / Sleep / Deep-sleep, idle sem ticks, escalonamento de frequência da CPU |
| Segurança | Proteção de memória baseada em MPU, suporte a boot seguro |
| HAL | Camada de Abstração de Hardware genérica — ARM Cortex-M / RISC-V / AVR; seleção de arquitetura em tempo de compilação, tabelas de operação periférica |
| Arquitetura | Exemplos |
|---|---|
| ARM Cortex-M (M0/M0+/M3/M4/M7) | STM32, nRF52, Raspberry Pi Pico |
| RISC-V (RV32I) | ESP32-C3 |
| AVR (experimental) | ATmega |
sudo apt-get install -y gcc-arm-none-eabi binutils-arm-none-eabi
sudo apt-get install -y qemu-system
Verificar instalação:```bash
arm-none-eabi-gcc --version # 10.x or later
qemu-system-arm --version # 6.x or later
make
make ARCH=cortex-m0 # Cortex-M0/M0+ make ARCH=cortex-m7 # Cortex-M7 make ARCH=riscv32 # RISC-V RV32I (uses riscv32-unknown-elf-gcc) make ARCH=avr5 # AVR ATmega (uses avr-gcc)
make EXAMPLE=blink_led # LED blink + task scheduler demo make EXAMPLE=event_groups # Event group AND/OR/NOT/SYNC demo make EXAMPLE=iot_sensor # Multi-sensor IoT node make EXAMPLE=shell_demo # Interactive UART shell make EXAMPLE=mqtt_demo # MQTT publish/subscribe make EXAMPLE=condition_variable # Producer/consumer
make example-blink make example-events make example-shell make example-mqtt make example-iot
make size # Print ROM/RAM usage
Build artifacts are placed in `build/`:
| Arquivo | Descrição |
|---|---|
| `build/tinyos.elf` | Imagem ELF com símbolos de depuração |
| `build/tinyos.bin` | Binário bruto para gravação |
| `build/tinyos.map` | Mapa do linker (tamanhos de símbolos) |
### Executar no QEMU
TinyOS executa no alvo QEMU `mps2-an385` (ARM Cortex-M3, 4 MB de flash, 4 MB de RAM):```bash
# Run indefinitely (Ctrl-A X to quit)
qemu-system-arm \
-machine mps2-an385 \
-cpu cortex-m3 \
-nographic \
-kernel build/tinyos.elf
# Run for a fixed duration (e.g. 10 seconds)
timeout 10 qemu-system-arm \
-machine mps2-an385 \
-cpu cortex-m3 \
-nographic \
-kernel build/tinyos.elf
# Debug: trace interrupts
qemu-system-arm \
-machine mps2-an385 \
-cpu cortex-m3 \
-nographic \
-d int \
-kernel build/tinyos.elf
Saída esperada do rastreamento de interrupção: linhas repetidas successful exception return confirmam que o escalonador está em execução, o SysTick está funcionando e as mudanças de contexto PendSV estão sendo concluídas corretamente.
openocd -f interface/stlink.cfg -f target/stm32f4x.cfg
-c "program build/tinyos.bin verify reset exit 0x08000000"
pyocd flash --target cortex_m build/tinyos.bin
### Compilar com TLS (mbedTLS)
O suporte a TLS é ativado automaticamente quando o mbedTLS está presente em `~/mbedtls`.
Para usar um caminho diferente:```bash
# Clone and build mbedTLS
git clone https://github.com/Mbed-TLS/mbedtls ~/mbedtls
make -C ~/mbedtls
# Build TinyOS with TLS
make MBEDTLS_DIR=~/mbedtls
Exemplo de tarefa mínima:```c #include "tinyos.h"
void my_task(void param) { while (1) { / work */ os_task_delay_ms(100); } }
int main(void) { tcb_t task; os_init(); os_task_create(&task, "my_task", my_task, NULL, PRIORITY_NORMAL); os_start(); }
---
## Visão Geral da API
### Gerenciamento de Tarefas```c
os_task_create(tcb, name, entry, param, priority)
os_task_delete(task)
os_task_suspend(task) / os_task_resume(task)
os_task_delay(ticks) / os_task_delay_ms(ms)
os_task_set_priority(task, priority)
os_task_get_stats(task, stats)
os_task_get_stats_by_index(index, stats) /* iterate all tasks by index */
os_task_find_by_name(name) /* returns tcb_t*, NULL if not found */
os_get_system_stats(stats)
os_get_memory_stats(&free, &used, &allocs, &frees)
os_mutex_init(mutex) / os_mutex_lock(mutex, timeout) / os_mutex_unlock(mutex) os_semaphore_init(sem, count) / os_semaphore_wait(sem, timeout) / os_semaphore_post(sem) os_cond_init(cond) / os_cond_wait(cond, mutex, timeout) os_cond_signal(cond) / os_cond_broadcast(cond) os_event_group_set_bits(eg, bits) / os_event_group_wait_bits(eg, bits, opts, out, timeout) os_queue_init(q, buf, item_size, max) / os_queue_send(q, item, timeout) os_queue_receive(q, item, timeout) / os_queue_peek(q, item, timeout)
### Temporizadores```c
os_timer_create(timer, name, type, period_ms, callback, param)
os_timer_start(timer) / os_timer_stop(timer) / os_timer_reset(timer)
os_timer_change_period(timer, ms) / os_timer_get_remaining_ms(timer)
/* Register custom commands before calling shell_start() */ shell_register_cmd(name, handler_fn, help_text)
/* Provide UART I/O callbacks and start the shell task */ shell_io_t io = { .getc = uart_getc, .puts = uart_puts }; shell_start(&io)
/* Change the prompt at any time */ shell_set_prompt("mydevice> ")
/* Execute a single line programmatically */ shell_exec(line)
**Exemplo de comando personalizado:**```c
static int cmd_led(int argc, char *argv[]) {
if (argc < 2) return 1; /* non-zero → prints usage */
bool on = (strcmp(argv[1], "on") == 0);
gpio_write(LED_PIN, on);
return 0;
}
/* In main(), before shell_start(): */
shell_register_cmd("led", cmd_led, "led <on|off> Toggle LED");