TinyOS — RTOS Ultra-Leve para IoT

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.

Recursos

Hardware Suportado

Início Rápido

Pré-requisitos```bash

ARM cross-compiler (required)

sudo apt-get install -y gcc-arm-none-eabi binutils-arm-none-eabi

QEMU ARM emulator (optional — for running without hardware)

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

Compilar```bash

Default example (blink_led) — ARM Cortex-M4

make

Target a different architecture (auto-selects toolchain and HAL)

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)

Specific example

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

Convenience aliases

make example-blink make example-events make example-shell make example-mqtt make example-iot

Build output

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.

Flashear no Hardware```bash

OpenOCD (STM32 example)

openocd -f interface/stlink.cfg -f target/stm32f4x.cfg
-c "program build/tinyos.bin verify reset exit 0x08000000"

pyOCD (generic ARM Cortex-M)

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)

Sincronização```c

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)

Shell```c

/* 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");

Comandos Internos do Shell

Atalhos do editor de linha:

Configuração do Shell (include/tinyos/shell.h):```c #define SHELL_MAX_COMMANDS 32 /* max registered commands / #define SHELL_LINE_MAX 128 / max input line length (bytes) / #define SHELL_ARGV_MAX 16 / max arguments per command / #define SHELL_HISTORY_DEPTH 8 / command history entries */

### Rede```c
net_init(driver, config) / net_start()
net_socket(type) / net_bind(sock, addr) / net_connect(sock, addr, timeout_ms)
net_send(sock, data, len, timeout_ms) / net_recv(sock, buf, len, timeout_ms)
net_sendto(sock, data, len, addr) / net_recvfrom(sock, buf, len, addr)
net_close(sock)
net_ping(dest_ip, timeout_ms, rtt)
net_dns_resolve(hostname, ip, timeout_ms)
net_http_get(url, response, timeout_ms)
net_http_post(url, content_type, body, len, response, timeout_ms)

Compatibilidade POSIX

O TinyOS fornece duas camadas finas de compatibilidade que permitem que código portável padrão seja compilado e executado no TinyOS com mudanças mínimas.

pthreads (include/tinyos/posix_threads.h)

Adicione src/posix/posix_threads.c ao seu build.```c #include "tinyos/posix_threads.h"

/* ── Thread ── / pthread_t tid; pthread_attr_t attr; pthread_attr_init(&attr); tinyos_pthread_attr_setpriority(&attr, PRIORITY_NORMAL); / TinyOS extension / pthread_create(&tid, &attr, my_fn, arg); pthread_join(tid, &retval); pthread_detach(tid); / free resources automatically on exit / pthread_exit(retval); / terminate calling thread / pthread_self(); / handle of calling thread */

/* ── Mutex ── / pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; pthread_mutex_lock(&mtx); pthread_mutex_trylock(&mtx); / returns EBUSY if already locked */ pthread_mutex_unlock(&mtx);

/* ── Condition variable ── / pthread_cond_t cond = PTHREAD_COND_INITIALIZER; pthread_cond_wait(&cond, &mtx); pthread_cond_timedwait(&cond, &mtx, &abstime); / abstime relative to boot */ pthread_cond_signal(&cond); pthread_cond_broadcast(&cond);

| Conceito | Mapeado para |
|---|---|
| `pthread_t` | Índice em um pool interno de slots `tcb_t` do TinyOS |
| `pthread_mutex_t` | Incorpora `mutex_t` diretamente (inicialização zero / `PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER` válido) |
| `pthread_cond_t` | Incorpora `cond_var_t` diretamente (inicialização zero / `PTHREAD_COND_INITIALIZER` válido) |
| `pthread_join` | Aguarda por um `semaphore_t` por thread, postado por `pthread_exit` |

**Não suportado:** `pthread_cancel`, armazenamento local de thread (`pthread_key_*`),
mutexes recursivos (retorna `ENOTSUP`).

**Configuração** (`include/tinyos/posix_threads.h`):```c
#define PTHREAD_MAX_THREADS  MAX_TASKS  /* max concurrent pthreads */

BSD Sockets (include/tinyos/posix_socket.h)

Adicione src/posix/posix_socket.c ao seu build.```c #include "tinyos/posix_socket.h"

/* ── TCP server ── */ int srv = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

int reuse = 1; setsockopt(srv, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse));

struct sockaddr_in addr = { .sin_family = AF_INET, .sin_port = htons(8080), .sin_addr = { htonl(INADDR_ANY) }, }; bind(srv, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)); listen(srv, 4);

struct sockaddr_in peer; socklen_t plen = sizeof(peer); int client = accept(srv, (struct sockaddr )&peer, &plen); recv(client, buf, sizeof(buf), 0); send(client, response, response_len, 0); posix_sock_close(client); / or define TINYOS_POSIX_WRAP_CLOSE to use close() */ posix_sock_close(srv);

/* ── TCP client ── */ int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); struct sockaddr_in dest = { .sin_family = AF_INET, .sin_port = htons(80), .sin_addr = { inet_addr("192.168.1.1") }, }; connect(fd, (struct sockaddr *)&dest, sizeof(dest)); send(fd, request, request_len, 0); recv(fd, buf, sizeof(buf), 0); posix_sock_close(fd);

/* ── UDP ── */ int udp = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); sendto(udp, data, len, 0, (struct sockaddr *)&dest, sizeof(dest)); recvfrom(udp, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr *)&src, &srclen); posix_sock_close(udp);

/* ── Address utilities ── / htons(port) / htonl(addr) / ntohs(n) / ntohl(n) inet_addr("192.168.1.1") / → in_addr_t, network byte order / inet_ntoa(in) / → "192.168.1.1" (static buffer) */ inet_pton(AF_INET, "192.168.1.1", &in_addr) inet_ntop(AF_INET, &in_addr, buf, sizeof(buf))

| Chamada BSD | Mapeada para |
|---|---|
| `socket()` | `net_socket()` |
| `bind()` | `net_bind()` |
| `listen()` | `net_listen()` |
| `accept()` | `net_accept()` |
| `connect()` | `net_connect()` |
| `send()` / `recv()` | `net_send()` / `net_recv()` |
| `sendto()` / `recvfrom()` | `net_sendto()` / `net_recvfrom()` |
| `posix_sock_close()` | `net_close()` |

**Opções `setsockopt` suportadas:**

| Opção | Efeito |
|---|---|
| `SO_REUSEADDR` | Aceito; sem operação (sempre reutilizável no TinyOS) |
| `SO_RCVTIMEO` | Define tempo limite de recebimento por socket (struct timeval → ms) |
| `SO_SNDTIMEO` | Define tempo limite de envio/conexão por socket |

**Redirecionamento de `close()`:** defina `TINYOS_POSIX_WRAP_CLOSE` antes de incluir o
cabeçalho para mapear `close(fd)` → `posix_sock_close(fd)`.

**Não suportados:** `select` / `poll` / `epoll`, modo não bloqueante (`O_NONBLOCK`),
IPv6 (`AF_INET6` retorna `EAFNOSUPPORT`).

---

### TLS / DTLS

TLS 1.2/1.3 sobre TCP e DTLS 1.2 sobre UDP apoiados pelo **mbedTLS**.  
Habilite em tempo de compilação com `-DTINYOS_TLS_ENABLE` e vincule ao mbedTLS.```c
/* Client (TLS over TCP) */
tls_context_t tls;
tls_config_t  cfg = TLS_CONFIG_DEFAULT_CLIENT;
cfg.ca_cert     = ca_cert_pem;
cfg.ca_cert_len = sizeof(ca_cert_pem);
tls_init(&tls, &cfg);

net_socket_t sock = net_socket(SOCK_STREAM);
net_connect(sock, &broker_addr, 5000);
tls_connect(&tls, sock, "example.com", 5000);

tls_send(&tls, data, len);
tls_recv(&tls, buf, sizeof(buf), 5000);
tls_close(&tls);

/* Server (TLS accept) */
tls_config_t srv_cfg = TLS_CONFIG_DEFAULT_SERVER;
srv_cfg.cert     = server_cert_pem;
srv_cfg.cert_len = sizeof(server_cert_pem);
srv_cfg.key      = server_key_pem;
srv_cfg.key_len  = sizeof(server_key_pem);
tls_init(&tls, &srv_cfg);
tls_accept(&tls, client_sock, 5000);

/* DTLS over UDP */
tls_config_t dtls_cfg = TLS_CONFIG_DEFAULT_DTLS_CLIENT;
net_socket_t usock = net_socket(SOCK_DGRAM);
tls_connect_dtls(&tls, usock, "example.com", 5000);

MQTT

MQTT completo 3.1.1 com garantias de entrega QoS por mensagem.```c mqtt_config_t cfg = { .broker_host = "mqtt.example.com", .client_id = "tinyos-01", .keepalive_sec = 60, .clean_session = true, .auto_reconnect = true, .reconnect_interval_ms = 3000, /* base; doubles each attempt (max 60 s) */ }; mqtt_client_t client; mqtt_client_init(&client, &cfg); mqtt_set_connection_callback(&client, on_connect, NULL); mqtt_set_message_callback(&client, on_message, NULL); mqtt_connect(&client);

/* Publish — QoS1/2 are buffered offline if disconnected */ mqtt_publish(&client, "sensors/temp", "23.5", 4, MQTT_QOS_1, false);

/* Inspect reliability queues / uint8_t in_flight = mqtt_get_inflight_count(&client); / sent, awaiting ACK / uint8_t pending = mqtt_get_pending_count(&client); / queued while offline */

mqtt_subscribe(&client, "cmd/#", MQTT_QOS_1); mqtt_flush_pending(&client); /* discard offline queue */ mqtt_disconnect(&client);

#### Modelo de Confiabilidade MQTT```
QoS 0  ─── fire-and-forget; dropped if disconnected
QoS 1  ─── in-flight table tracks each PUBLISH until PUBACK
              ↳ retransmits with DUP=1 every 5 s, up to 5 times
              ↳ if offline → offline queue (up to 8 messages)
QoS 2  ─── full PUBLISH → PUBREC → PUBREL → PUBCOMP handshake
              ↳ each step is retried independently on timeout

Auto-reconnect back-off: 3 s → 6 s → 12 s → … → 60 s (cap)
On reconnect: re-subscribes all topics, flushes offline queue

Configuração de confiabilidade MQTT (include/tinyos/mqtt.h):```c #define MQTT_MAX_INFLIGHT 8 /* in-flight slots / #define MQTT_MAX_PENDING 8 / offline queue slots / #define MQTT_MAX_PAYLOAD_SIZE 512 / bytes per queued msg / #define MQTT_RETRY_INTERVAL_MS 5000 / retry after (ms) / #define MQTT_MAX_RETRY_COUNT 5 / retries before drop / #define MQTT_RECONNECT_BASE_MS 3000 / first reconnect delay / #define MQTT_RECONNECT_MAX_MS 60000 / backoff ceiling */

### CoAP```c
coap_init(ctx, config, is_server) / coap_start(ctx) / coap_stop(ctx)
coap_get(ctx, ip, port, path, response, timeout_ms)
coap_post(ctx, ip, port, path, format, payload, len, response, timeout_ms)
coap_resource_create(ctx, path, handler, user_data)
coap_process(ctx, timeout_ms)

OTA```c

ota_init(config) ota_start_update(url, callback, user_data) ota_write_chunk(data, size, offset) / ota_finalize_update() ota_confirm_boot() / ota_rollback() ota_verify_partition(type)

### Sistema de Arquivos```c
fs_format(device) / fs_mount(device) / fs_unmount()
fs_open(path, flags) / fs_close(fd)
fs_read(fd, buf, size) / fs_write(fd, buf, size)
fs_seek(fd, offset, whence) / fs_tell(fd)
fs_mkdir(path) / fs_remove(path) / fs_rmdir(path)
fs_stat(path, stat)
fs_opendir(path) / fs_readdir(dir, entry) / fs_closedir(dir)
fs_get_stats(stats) / fs_get_free_space() / fs_is_mounted()

/* Copy-on-Write snapshots */
fs_snapshot(source_path, snapshot_name)   /* atomic COW snapshot of a file */
fs_get_block_refcount(block_nr)           /* reference count of a data block */

Journaling (Write-Ahead Log)

O sistema de arquivos utiliza journaling apenas de metadados (modo ordenado). Antes de qualquer inode, bitmap ou bloco de diretório ser modificado, um registro de journal é escrito em uma área WAL dedicada de 32 blocos no início da partição. Na próxima montagem após uma falha, o fs_mount reproduz o journal e restaura um estado consistente.``` Disk layout (FS_BLOCK_SIZE = 512 bytes) Block 0 Superblock (version 0x00020000 — v2 with journaling) Block 1 Block bitmap Block 2 Journal header Blocks 3-33 Journal data (31 slots) Blocks 34-41 Inode table (8 blocks, 128 inodes) Block 42+ Data blocks

#### Copy-on-Write (COW)

Cada bloco de dados possui uma contagem de referência em memória reconstruída a partir da tabela de inodes na montagem. Escrever em um bloco que é compartilhado (`refcount > 1`) aloca primeiro uma cópia privada — a contagem do bloco original é decrementada e todas as alterações ocorrem no novo bloco.

`fs_snapshot()` cria um snapshot atômico pontual duplicando o inode de origem (mesmos ponteiros de bloco, contagens de referência incrementadas) dentro de uma única transação do journal. Ou o snapshot completo é confirmado ou nada muda.```c
/* Create a snapshot of /data/config → /snapshots/config-20260101 */
fs_snapshot("/data/config", "/snapshots/config-20260101");

/* Inspect sharing */
uint8_t rc = fs_get_block_refcount(42);   /* 1 = private, >1 = shared */

Gerenciamento de Energia```c

os_power_init() os_power_set_mode(mode) /* ACTIVE / IDLE / SLEEP / DEEP_SLEEP */ os_power_get_mode() os_power_enter_sleep(duration_ms) os_power_enter_deep_sleep(duration_ms) os_power_enable_tickless_idle(enable) os_power_set_cpu_frequency(freq_hz) os_power_configure_wakeup(source, enable) os_power_get_stats(stats) os_power_get_consumption_mw() os_power_estimate_battery_life_hours()

### Watchdog```c
wdt_init(config) / wdt_start() / wdt_stop()
wdt_feed() / wdt_set_timeout(ms)
wdt_register_task(task, timeout_ms) / wdt_feed_task(task)

HAL (Camada de Abstração de Hardware)

O TinyOS fornece um HAL genérico que oculta todo o acesso a registros específicos da arquitetura por trás de uma interface C estável. A arquitetura é selecionada em tempo de compilação através da variável ARCH do Makefile; nenhuma proteção #ifdef aparece no código do kernel.

Primitivas portáveis (declaradas como static inline em cada cabeçalho de arquitetura)```c

uint32_t hal_irq_save(void) /* disable IRQs, return saved state / void hal_irq_restore(uint32_t s) / restore IRQ state / void hal_context_switch_trigger() / pend PendSV / raise MSIP / Timer0 / void hal_cpu_wait_for_interrupt() / WFI / wfi / sleep instruction / void hal_cpu_dsb(void) / data synchronization barrier / void hal_cpu_isb(void) / instruction synchronization barrier */

#### Funções não inline (implementadas por arquitetura em `hal/<arch>/hal_<arch>.c`)```c
void     hal_init(void)
void     hal_tick_init(uint32_t core_clock_hz, uint32_t tick_rate_hz)
void     hal_tick_suppress(uint32_t max_ticks)
uint32_t hal_tick_unsuppress(void)
uint32_t hal_core_clock_hz(void)

bool     hal_cycle_counter_init(void)
void     hal_cycle_counter_reset(void)
uint32_t hal_cycle_counter_read(void)

bool     hal_mpu_init(uint8_t *region_count)
int      hal_mpu_configure_region(uint8_t region, uint32_t base,
                                   uint32_t size, uint32_t attrs)
void     hal_mpu_enable(bool allow_privileged_default)
void     hal_mpu_disable(void)

void     hal_irq_set_priority(int irq_num, uint8_t priority)
void     hal_system_reset(void)          /* does not return */
void     hal_fault_capture(const uint32_t *frame, hal_fault_info_t *info)

Board-level platform registry

Registre os periféricos da placa uma vez na inicialização; o kernel e o gerenciador de energia consultam a tabela via hal_platform_get() em vez de usar símbolos fracos.```c static const hal_uart_ops_t my_uart = { .init = ..., .putc = ... }; static const hal_power_ops_t my_power = { .enter_sleep = ..., .set_clock_hz = ... };

static const hal_platform_t board = { .uart[0] = &my_uart, .power = &my_power, };

hal_platform_register(&board); /* call before os_start() */

`hal_platform_t` fornece slots para `uart[4]`, `flash`, `gpio`, `spi[4]`,
`i2c[4]` e `power`.  Qualquer ponteiro `NULL` significa "não presente nesta placa".

#### Matriz de suporte de arquitectura

| Arquitectura | Fonte de tick | Contador de ciclos | MPU / PMP | Gatilho de troca de contexto |
|---|---|---|---|---|
| Cortex-M0/M0+/M3/M4/M7 | SysTick | DWT CYCCNT (M3+) | MPU | PendSV via ICSR |
| RISC-V RV32I/IM | CLINT MTIMECMP | `rdcycle` CSR | PMP (4 regiões) | MSIP interrupção de software |
| AVR ATmega/ATtiny | Timer0 CTC | — (retorna 0) | — | Timer0 overflow |

---

## Configuração

**`include/tinyos.h`** — kernel e SO:```c
#define MAX_TASKS              16     /* max concurrent tasks                    */
#define STACK_SIZE             256    /* stack size per task (words)             */
#define TICK_RATE_HZ           1000   /* scheduler tick frequency (Hz)           */
#define TIME_SLICE_MS          10     /* round-robin time slice (ms)             */
#define TICKLESS_MAX_SLEEP_TICKS 100U /* tickless idle: max ticks per WFI sleep  */

include/tinyos/shell.h — shell interativo:```c #define SHELL_MAX_COMMANDS 32 /* max registered commands / #define SHELL_LINE_MAX 128 / max input line length (bytes) / #define SHELL_ARGV_MAX 16 / max arguments per command / #define SHELL_HISTORY_DEPTH 8 / command history ring buffer */

**`include/tinyos/mqtt.h`** — Confiabilidade MQTT:```c
#define MQTT_MAX_INFLIGHT        8      /* in-flight QoS1/2 slots    */
#define MQTT_MAX_PENDING         8      /* offline queue slots       */
#define MQTT_MAX_PAYLOAD_SIZE    512    /* max queued payload bytes  */
#define MQTT_RETRY_INTERVAL_MS   5000   /* unACKed retry interval    */
#define MQTT_MAX_RETRY_COUNT     5      /* retries before discard    */
#define MQTT_RECONNECT_BASE_MS   3000   /* initial reconnect delay   */
#define MQTT_RECONNECT_MAX_MS    60000  /* back-off ceiling          */

TLS — requer mbedTLS; ative com:```makefile CFLAGS += -DTINYOS_TLS_ENABLE LDFLAGS += -lmbedtls -lmbedcrypto -lmbedx509

---

## Estrutura do Projeto```
tinyos-rtos/
├── include/
│   ├── tinyos.h              # Core API (tasks, sync, timers, memory, FS, power)
│   └── tinyos/
│       ├── shell.h           # Interactive shell API & configuration
│       ├── net.h             # Network stack
│       ├── tls.h             # TLS 1.2/1.3 + DTLS 1.2 (mbedTLS)
│       ├── mqtt.h            # MQTT 3.1.1 client
│       ├── coap.h            # CoAP RFC 7252
│       ├── ota.h             # OTA firmware updates
│       ├── watchdog.h        # Watchdog timer
│       ├── posix_threads.h   # POSIX pthreads compatibility layer
│       └── posix_socket.h    # BSD socket compatibility layer
├── src/
│   ├── startup.s             # Vector table, Reset_Handler, SysTick/SVC/PendSV stubs
│   ├── context_switch.s      # Thumb-2: PendSV_Handler, SVC_Handler, os_pend_sv
│   ├── kernel.c              # Preemptive scheduler & task management
│   ├── sync.c                # Mutex, semaphore, queue, condition var, event groups
│   ├── timer.c               # Software timers
│   ├── memory.c              # Heap allocator
│   ├── shell.c               # Interactive shell (VT100, history, tab completion)
│   ├── filesystem.c          # Block-device file system
│   ├── security.c            # MPU memory protection
│   ├── power.c               # Power management & CPU frequency scaling
│   ├── watchdog.c            # Watchdog (HW + SW, per-task monitoring)
│   ├── bootloader.c          # Secure bootloader
│   ├── ota.c                 # OTA A/B partition updates
│   ├── mqtt.c                # MQTT client (in-flight table, offline queue)
│   ├── coap.c                # CoAP client/server
│   ├── net/
│   │   ├── network.c         # Core & buffer management
│   │   ├── ethernet.c        # Ethernet / ARP
│   │   ├── ip.c              # IPv4 / ICMP
│   │   ├── socket.c          # UDP / TCP socket API
│   │   ├── http_dns.c        # HTTP client & DNS resolver
│   │   └── tls.c             # TLS/DTLS (mbedTLS wrapper, excluded when mbedTLS absent)
│   └── posix/
│       ├── posix_threads.c   # pthreads → TinyOS task/sync wrapper
│       └── posix_socket.c    # BSD socket → net_* wrapper
├── hal/
│   ├── hal.h                 # Portable HAL interface (arch-agnostic API + peripheral op-tables)
│   ├── cortex_m/
│   │   ├── hal_cortex_m.h    # Register defines + static inline primitives (irq_save, WFI, DSB …)
│   │   └── hal_cortex_m.c    # SysTick, DWT, MPU, AIRCR reset, fault capture
│   ├── riscv/
│   │   ├── hal_riscv.h       # csrrci/csrw inline primitives, CLINT defines
│   │   └── hal_riscv.c       # CLINT tick, rdcycle counter, PMP, PLIC priority, CSR fault capture
│   └── avr/
│       ├── hal_avr.h         # SREG-based irq_save, Timer0 context-switch trigger
│       └── hal_avr.c         # Timer0 CTC tick, watchdog reset, stub MPU/cycle-counter
├── drivers/
│   ├── flash.c / flash.h     # Flash memory driver
│   ├── ramdisk.c / ramdisk.h # RAM disk (testing)
│   └── loopback_net.c        # Loopback network driver (testing)
├── linker.ld                 # Linker script (mps2-an385: Flash 0x0/4MB, RAM 0x20000000/4MB)
└── examples/
    ├── blink_led.c           # GPIO blink
    ├── iot_sensor.c          # Multi-task sensor node
    ├── shell_demo.c          # Custom shell commands over UART
    ├── network_demo.c        # TCP/UDP/HTTP/ping
    ├── tls_demo.c            # TLS client/server
    ├── mqtt_demo.c           # MQTT publish/subscribe (QoS 1/2)
    ├── coap_demo.c           # CoAP client/server
    ├── ota_demo.c            # Firmware update flow
    ├── filesystem_demo.c     # File I/O
    ├── watchdog_demo.c       # Watchdog configuration
    ├── low_power.c           # Power mode transitions
    ├── software_timers.c     # Timer creation and callbacks
    ├── event_groups.c        # Event synchronisation
    ├── event_flags_logic.c   # AND / OR / NOT(CLEAR) / SYNC(barrier) patterns
    ├── condition_variable.c  # Producer/consumer
    ├── priority_adjustment.c # Dynamic priority
    ├── task_statistics.c     # CPU and stack monitoring
    └── posix_compat_demo.c   # POSIX pthreads + socket usage examples

Desempenho

Requisitos de sistema: mínimo de 2 KB de RAM · < 10 KB de ROM apenas para o kernel

Histórico de versões

v2.0.0

Novas funcionalidades

• Sistema de arquivos com journaling (src/filesystem.c) — O Write-Ahead Log (WAL) protege todas as gravações de metadados (inodes, bitmap, superbloco, diretórios).
  Formato em disco elevado para FS_VERSION 0x00020000. O journal ocupa 32 blocos começando no bloco 2; fs_mount reproduz qualquer transação confirmada mas não aplicada antes de passar o controle para a aplicação.
  O journaling apenas de metadados (ordenado) mantém a amplificação de escrita baixa enquanto garante um sistema de arquivos consistente após uma falha de energia ou reset em qualquer ponto durante uma gravação.

• Compartilhamento de blocos Copy-on-Write (src/filesystem.c) — Cada bloco de dados carrega uma contagem de referência em memória (reconstruída a partir da tabela de inodes no momento da montagem).
  Escrever em um bloco compartilhado aloca silenciosamente uma cópia privada; a contagem do bloco compartilhado é decrementada.
  fs_snapshot(source, name) cria um snapshot atômico pontual dentro de uma única transação de journal — ou tudo ou nada é confirmado.
  Nova API pública: fs_snapshot() e fs_get_block_refcount() (veja include/tinyos.h).

• HAL genérico (hal/) — Uma Camada de Abstração de Hardware em dois níveis desacopla o kernel do assembly específico do ARM Cortex-M.

Mudanças que quebram a compatibilidade

• src/kernel.c não contém mais defines de registradores SYST_*, SCB_SHPR3, SCB_AIRCR ou DWT_* — estes agora são fornecidos pelo HAL. Código que referenciasva diretamente essas macros deve ser atualizado para usar a API do HAL.
• Os símbolos fracos de src/power.c (platform_enter_sleep_mode, etc.) agora delegam para hal_platform_t->power quando uma plataforma é registrada; placas que dependiam do padrão antigo __asm__ volatile("wfi") verão comportamento idêntico a menos que um hal_power_ops_t seja registrado.
• A versão em disco do sistema de arquivos é 0x00020000. Volumes formatados com v1.x devem ser reformatados (fs_format).

v1.2.0

Correções de bugs

• Tabela de vetores startup.s — MemManage_Handler, BusFault_Handler e UsageFault_Handler agora apontam para os handlers corretos em fault.c.
  Anteriormente, todas as três entradas resolviam para Default_Handler, então falhas de MPU, barramento e uso eram silenciosamente engolidas em vez de acionar o despejo de diagnóstico.
• Decremento duplo em os_cond_wait — cond_remove_task() já decrementa waiting_count; os três locais de chamada que o decrementavam novamente depois foram corrigidos.
  Anteriormente, um decremento extra espúrio poderia causar underflow do contador e corromper o estado da variável de condição.
• Boost de PIP do mutex não liberado no timeout — o caminho de spin temporizado em os_mutex_lock agora chama mutex_pip_recalculate() antes de retornar OS_ERROR_TIMEOUT. Anteriormente, o boost de prioridade aplicado ao proprietário nunca era desfeito quando a tarefa esperando desistia, causando inflação permanente de prioridade.

Melhorias

• Reescrita do alocador de memória (src/memory.c) — substituiu o pool de blocos fixos de 32 bytes por um alocador first-fit com:
  • heap de 8 KB (aumentado de 4 KB), blocos alinhados a 8 bytes
  • Lista livre mantida em ordem de endereço; blocos livres adjacentes são coalescidos imediatamente em cada os_free() (para frente e para trás)
  • Blocos são divididos na alocação quando o restante é grande o suficiente para ser útil (≥ BLK_HDR + ALIGN)
• Ordem de inicialização de os_init() — os_mem_init() e os_power_init() agora são chamados antes de os_timer_init(), para que o heap e o subsistema de energia estejam prontos antes que qualquer callback de timer ou código de tarefa seja executado.
• Idle sem ticks implementado (src/kernel.c: os_kernel_tickless_sleep) — quando habilitado via os_power_enable_tickless_idle(true), a tarefa idle suprime o SysTick antes de WFI e usa o contador de ciclos DWT CYCCNT para medir o tempo real decorrido. Após o wakeup, o SysTick é reiniciado, é avançado pelos ticks medidos (limitado a ), e é chamado para desbloquear imediatamente quaisquer tarefas atrasadas. Anteriormente a flag existia mas o caminho idle sempre caía em um simples com SysTick rodando.

v1.1.0

Novas funcionalidades

• Flag EVENT_WAIT_CLEAR para grupos de eventos — espera até que os bits se tornem limpos (condição NOT).
  EVENT_WAIT_ALL | EVENT_WAIT_CLEAR acorda quando todos os bits mascarados são 0; EVENT_WAIT_ANY | EVENT_WAIT_CLEAR acorda quando qualquer um é 0.
• os_event_group_sync() — primitiva de rendezvous / barreira.
  Cada tarefa participante define seu próprio bit de chegada e bloqueia até que o conjunto completo esteja presente; todas desbloqueiam simultaneamente.
• Novo exemplo examples/event_flags_logic.c demonstrando todos os quatro modos (AND, OR, NOT, SYNC).

Correções de compilação e execução

• Adicionado src/startup.s: tabela de vetores, Reset_Handler (cópia .data, zero .bss), stub SysTick_Handler, HardFault_Handler.
• Adicionado linker.ld: layout de memória para mps2-an385 (Flash 0x00000000 / 4 MB, RAM 0x20000000 / 4 MB).
• Corrigida pilha inicial da tarefa: a área de salvamento R4–R11 agora é pré-alocada para que o LDMIA {R4-R11} do PendSV funcione corretamente na primeira troca de contexto para qualquer tarefa recém-criada.
• SVC_Handler atualizado para LDMIA {R4-R11} antes de definir PSP, mantendo os caminhos SVC e PendSV simétricos.
• Verificação de MPU_TYPE em os_mpu_configure_default() — a configuração da MPU é ignorada silenciosamente quando nenhuma MPU está presente (QEMU ).

Licença

Licença MIT — veja LICENSE para detalhes.