适用于资源受限的物联网和嵌入式设备的超轻量级实时操作系统。
内核体积小于 10 KB，最低 RAM 需求 2 KB，采用抢占式优先级调度。
| 类别 | 详情 |
|---|---|
| 内核 | 抢占式优先级调度（256 级），同优先级内轮转，基于位图的 O(1) 优先级查找，优先级继承 |
| 同步 | 互斥锁（带优先级继承）、信号量、条件变量、事件组、消息队列 |
| 软件定时器 | 单次触发和自动重载，毫秒级精度，运行时更改周期 |
| 内存 | 首次适应分配器，即时合并（8 KB 堆，8 字节对齐），栈溢出检测，每任务高水位标记 |
| Shell | VT100 交互式 Shell——23 条内置命令，命令历史（↑↓），Tab 补全，完整行编辑器 |
| POSIX 兼容性 | pthreads（创建/加入/分离/退出，互斥锁，条件变量）· BSD 套接字 API（socket/bind/listen/accept/connect/send/recv，inet_pton/ntop，htons/htonl） |
| 文件系统 | 日志式块设备文件系统（WAL，崩溃恢复），写时复制块共享，原子快照，类 POSIX API |
| 网络 | 以太网、IPv4、ICMP、UDP、TCP、HTTP 客户端/服务器、DNS |
| TLS / DTLS | TCP 上的 TLS 1.2/1.3，UDP 上的 DTLS 1.2（mbedTLS 后端） |
| MQTT | 完整 MQTT 3.1.1——QoS 0/1/2 带飞行重试表，离线队列，带指数退避的自动重连 |
| CoAP | 符合 RFC 7252 的客户端/服务器，观察模式 |
| OTA | A/B 分区固件更新，CRC32 校验，回滚 |
| 看门狗 | 硬件和软件看门狗，每任务超时监控 |
| 电源 | 空闲/睡眠/深度睡眠模式，无滴答空闲，CPU 频率缩放 |
| 安全 | 基于 MPU 的内存保护，安全启动支持 |
| HAL | 通用硬件抽象层——ARM Cortex-M / RISC-V / AVR；编译时架构选择，外设操作表 |
| 架构 | 示例 |
|---|---|
| ARM Cortex-M (M0/M0+/M3/M4/M7) | STM32、nRF52、Raspberry Pi Pico |
| RISC-V (RV32I) | ESP32-C3 |
| AVR (实验性) | ATmega |
sudo apt-get install -y gcc-arm-none-eabi binutils-arm-none-eabi
sudo apt-get install -y qemu-system
验证安装：```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
构建工件位于 `build/` 目录：
| 文件 | 描述 |
|---|---|
| `build/tinyos.elf` | 含调试符号的 ELF 映像 |
| `build/tinyos.bin` | 用于烧录的原始二进制文件 |
| `build/tinyos.map` | 链接器映射（符号大小） |
### 在 QEMU 上运行
TinyOS 在 QEMU `mps2-an385` 目标上运行（ARM Cortex-M3，4 MB 闪存，4 MB 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
从中断跟踪中预期的输出：重复的 successful exception return 行确认调度程序正在运行，SysTick 在滴答，PendSV 上下文切换顺利完成。
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
### 使用 TLS 构建（mbedTLS）
当 `~/mbedtls` 中存在 mbedTLS 时，TLS 支持会自动启用。
要使用其他路径：```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
最小任务示例：```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(); }
## API 概述
### 任务管理```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)
### 定时器```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)
**自定义命令示例：**```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");
行编辑器按键绑定：
Shell 配置 (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 */
### 网络```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)
TinyOS提供了两个薄兼容层，允许标准可移植代码在TinyOS上编译和运行，只需最少的更改。
include/tinyos/posix_threads.h)将 src/posix/posix_threads.c 添加到你的构建中。```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);
| 概念 | 映射到 |
|---|---|
| `pthread_t` | 索引到TinyOS `tcb_t` 槽位的内部池 |
| `pthread_mutex_t` | 直接嵌入 `mutex_t`（零初始化/ `PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER` 有效） |
| `pthread_cond_t` | 直接嵌入 `cond_var_t`（零初始化/ `PTHREAD_COND_INITIALIZER` 有效） |
| `pthread_join` | 等待每个线程的 `semaphore_t`，由 `pthread_exit` 发布 |
**不支持：** `pthread_cancel`、线程本地存储（`pthread_key_*`）、递归互斥锁（返回 `ENOTSUP`）。
**配置**（`include/tinyos/posix_threads.h`）：```c
#define PTHREAD_MAX_THREADS MAX_TASKS /* max concurrent pthreads */
include/tinyos/posix_socket.h）将 src/posix/posix_socket.c 添加到你的构建中。```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))
| BSD 调用 | 映射到 |
|---|---|
| `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()` |
**支持的 `setsockopt` 选项：**
| 选项 | 效果 |
|---|---|
| `SO_REUSEADDR` | 接受；无操作（在 TinyOS 中始终可重用） |
| `SO_RCVTIMEO` | 按套接字设置接收超时（struct timeval → 毫秒） |
| `SO_SNDTIMEO` | 按套接字设置发送/连接超时 |
**`close()` 重定向：** 在包含头文件之前定义 `TINYOS_POSIX_WRAP_CLOSE`，可将 `close(fd)` 映射为 `posix_sock_close(fd)`。
**不支持：** `select` / `poll` / `epoll`、非阻塞模式（`O_NONBLOCK`）、IPv6（`AF_INET6` 返回 `EAFNOSUPPORT`）。
---
### TLS / DTLS
基于 **mbedTLS** 的 TLS 1.2/1.3（TCP 上）和 DTLS 1.2（UDP 上）支持。
在构建时使用 `-DTINYOS_TLS_ENABLE` 启用，并链接 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);
完整支持MQTT 3.1.1，具备每消息的QoS交付保证。```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);
#### MQTT 可靠性模型```
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
MQTT 可靠性配置 (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_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)
### 文件系统```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 */
该文件系统使用仅元数据日志（有序模式）。 在对任何 inode、位图或目录块进行修改之前，都会将一条日志记录写入分区开头一个专用的 32 块 WAL 区域。 在崩溃后的下一次挂载时，fs_mount 会重放日志并恢复一致状态。```
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
#### 写时复制（COW）
每个数据块在内存中有一个引用计数，该计数在挂载时从 inode 表重建。写入一个共享块（`refcount > 1`）时，首先会分配一个私有副本——原始块的计数递减，所有更改发生在新块上。
`fs_snapshot()` 通过在一个日志事务内复制源 inode（相同的块指针，递增的引用计数）来创建原子性的时间点快照。要么整个快照被提交，要么什么也不改变。```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 */
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()
### 看门狗```c
wdt_init(config) / wdt_start() / wdt_stop()
wdt_feed() / wdt_set_timeout(ms)
wdt_register_task(task, timeout_ms) / wdt_feed_task(task)
TinyOS 提供了一个通用的 HAL，它将所有特定于架构的寄存器访问隐藏在稳定的 C 接口后面。架构在编译时通过 ARCH Makefile 变量选择；内核代码中不出现 #ifdef 守卫。
static inline）```cuint32_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 */
#### 非内联函数（按架构实现在 `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)
在启动时一次性注册板级外设；内核和电源管理器通过 hal_platform_get() 查询该表，而不是使用弱符号。```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` 为 `uart[4]`、`flash`、`gpio`、`spi[4]`、`i2c[4]` 和 `power` 提供插槽。任何 `NULL` 指针表示“此板上不存在”。
#### 架构支持矩阵
| 架构 | 时钟源 | 周期计数器 | MPU / PMP | 上下文切换触发 |
|---|---|---|---|---|
| Cortex-M0/M0+/M3/M4/M7 | SysTick | DWT CYCCNT (M3+) | MPU | PendSV via ICSR |
| RISC-V RV32I/IM | CLINT MTIMECMP | `rdcycle` CSR | PMP (4 regions) | MSIP 软件中断 |
| AVR ATmega/ATtiny | Timer0 CTC | — (returns 0) | — | Timer0 溢出 |
---
## 配置
**`include/tinyos.h`** — 内核与操作系统:```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 — 交互式 shell：```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`** — MQTT 可靠性：```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 — 需要 mbedTLS；使用以下方式启用：```makefile CFLAGS += -DTINYOS_TLS_ENABLE LDFLAGS += -lmbedtls -lmbedcrypto -lmbedx509
## 项目结构
---```
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
| 架构 | 上下文切换 |
|---|---|
| Cortex-M0 | ~2 μs |
| Cortex-M4 | ~1 μs |
| RISC-V | ~1.5 μs |
系统要求： 最低 2 KB RAM · 仅内核 < 10 KB ROM
新特性
日志型文件系统（src/filesystem.c）— 预写日志（WAL）保护所有元数据写入（inode、位图、超级块、目录）。
磁盘格式升级至 FS_VERSION 0x00020000。日志占用从块2开始的32个块；fs_mount 在将控制权交给应用程序之前，重放所有已提交但未应用的事务。仅元数据（有序）日志记录降低了写放大效应，同时保证在写入过程中出现断电或复位时文件系统的一致性。
写时复制块共享（src/filesystem.c）— 每个数据块携带一个内存引用计数（挂载时从inode表重建）。写入共享块时会静默分配一个私有副本；共享块的计数递减。fs_snapshot(source, name) 在单个日志事务内创建一个原子化的时间点快照——要么全部提交，要么全不提交。新增公共API：fs_snapshot() 和 fs_get_block_refcount()（见 include/tinyos.h）。
通用HAL（hal/）— 两层硬件抽象层将内核与特定于ARM Cortex-M的汇编代码解耦。
hal/hal.h — 与架构无关的接口：滴答定时器、周期计数器、MPU、IRQ保存/恢复、上下文切换触发、系统复位、故障捕获以及外设操作表（hal_platform_t，包含UART/闪存/GPIO/SPI/I²C/电源插槽）。hal/cortex_m/ — 完整的Cortex-M0–M7实现（SysTick、DWT、AIRCR、PRIMASK、PendSV触发）。破坏性变更
src/kernel.c 不再包含裸的 SYST_*、SCB_SHPR3、SCB_AIRCR 或 DWT_* 寄存器定义——这些现在由HAL提供。直接引用这些宏的代码必须更新为使用HAL API。src/power.c 中的弱符号（platform_enter_sleep_mode等）现在在注册平台时委托给 hal_platform_t->power；依赖旧 __asm__ volatile("wfi") 默认行为的板卡将看到相同行为，除非注册了 hal_power_ops_t。0x00020000。使用v1.x格式化的卷必须重新格式化（fs_format）。错误修复
startup.s 向量表 — MemManage_Handler、BusFault_Handler 和 UsageFault_Handler 现在指向 fault.c 中正确的处理程序。Default_Handler，因此MPU、总线及使用故障被静默吞没，而未触发诊断转储。os_cond_wait 双重递减 — cond_remove_task() 已递减 waiting_count；随后再次递减该值的三个调用点已修复。os_mutex_lock 中的定时自旋路径现在在返回 OS_ERROR_TIMEOUT 前调用 mutex_pip_recalculate()。改进
src/memory.c）— 将固定32字节块池替换为首次适配分配器，具有以下特点：
os_free() 时相邻空闲块立即向前和向后合并≥ BLK_HDR + ALIGN）时，分配时对块进行拆分os_init() 初始化顺序 — os_mem_init() 和 os_power_init() 现在在 os_timer_init() 之前调用，确保堆和电源子系统在任何定时器回调或任务代码运行之前准备就绪。src/kernel.c: os_kernel_tickless_sleep） — 当通过 os_power_enable_tickless_idle(true) 启用时，空闲任务在 WFI 之前抑制SysTick，并使用DWT CYCCNT 周期计数器测量实际经过时间。kernel.tick_count 按测量到的滴答数递增（上限为 TICKLESS_MAX_SLEEP_TICKS），并调用 以立即解除任何超时任务的阻塞。
此前，该标志存在，但空闲路径始终回落至运行SysTick的普通 。新特性
EVENT_WAIT_CLEAR 标志 — 等待位变为清零（非条件）。EVENT_WAIT_ALL | EVENT_WAIT_CLEAR 在所有掩码位为0时唤醒；EVENT_WAIT_ANY | EVENT_WAIT_CLEAR 在任意掩码位为0时唤醒。os_event_group_sync() — 会合/屏障原语。examples/event_flags_logic.c，演示所有四种模式（AND、OR、NOT、SYNC）。构建与运行时修复
src/startup.s：向量表、Reset_Handler（.data拷贝、.bss清零）、SysTick_Handler 存根、HardFault_Handler。linker.ld：mps2-an385 的内存布局（闪存 0x00000000 / 4 MB，RAM 0x20000000 / 4 MB）。LDMIA {R4-R11} 在首次上下文切换到任何新创建的任务时正确工作。SVC_Handler 更新为在设置PSP之前先执行 LDMIA {R4-R11}，使SVC和PendSV路径保持对称。os_mpu_configure_default() 中的 MPU_TYPE 检查 — 当不存在MPU时（QEMU mps2-an385），静默跳过MPU设置。MIT 许可证 — 详情见 LICENSE 文件。
| 命令 | 描述 |
|---|
help [cmd] | 列出所有命令，或显示 cmd 的详细帮助 |
clear | 清除终端屏幕 (VT100) |
echo <text> | 在终端打印文本 |
history | 显示命令历史 |
ps | 列出所有任务（状态、优先级、CPU 百分比、栈使用量） |
top | 按 CPU 使用率降序排列的任务列表 |
kill <name> [suspend|resume|delete] | 按名称控制任务 |
mem | 堆统计信息（总量/已用/空闲，分配/释放计数） |
ver | TinyOS 版本及格式化的运行时间 |
net | 网络统计信息（以太网、IP、UDP、TCP 计数器） |
ping <ip> [count] | 发送 ICMP 回显请求 |
ifconfig [ip|netmask|gw|dns <addr>] | 显示或更改网络配置 |
power [active|idle|sleep|deepsleep] | 电源统计或模式切换 |
ls [path] | 列出目录（默认：/） |
cat <file> | 显示文件内容 |
mkdir <path> | 创建目录 |
rm <path> | 删除文件或空目录 |
df | 文件系统使用统计 |
touch <file> | 创建空白文件 |
cp <src> <dst> | 复制文件 |
uptime | 显示系统运行时间（HH:MM:SS 或 N day(s), HH:MM:SS） |
sleep <ms> | 延迟 shell 任务 N 毫秒 |
reboot | 重启系统 |
| 按键 | 动作 |
|---|
← / Ctrl-B | 光标左移 |
→ / Ctrl-F | 光标右移 |
Home / Ctrl-A | 跳转到行首 |
End / Ctrl-E | 跳转到行尾 |
↑ / ↓ | 浏览命令历史 |
Tab | 补全命令名 |
Ctrl-K | 删除到行尾 |
Ctrl-U | 删除到行首 |
Ctrl-W | 删除前一个词 |
Ctrl-L | 清屏并重绘 |
Ctrl-C | 取消当前行 |
| 组件 | ROM | RAM |
|---|
| 内核 | 6 KB | 512 B |
| 每任务 | — | ~1 KB |
| 互斥锁 | — | 12 B |
| 信号量 | — | 8 B |
| 消息队列（10个项目） | — | 40 B + 数据 |
| Shell（含23个内置命令） | ~4 KB | ~2.5 KB |
| MQTT客户端（含队列） | ~8 KB | ~10 KB |
| POSIX线程层 | ~2 KB | ~PTHREAD_MAX_THREADS × (tcb_t + 32 B) |
| POSIX套接字层 | ~1 KB | ~NET_MAX_SOCKETS × 12 B |
hal/riscv/ — RISC-V RV32存根（CLINT MTIMECMP滴答、rdcycle计数器、PMP、PLIC优先级、CSR故障捕获）。hal/avr/ — AVR ATmega存根（Timer0 CTC滴答、SREG临界区、看门狗复位）。ARCH=（cortex-m* / riscv* / avr*）自动选择HAL，并向编译器传递-DHAL_ARCH_*。delay_queue_tick()WFIMAX_TASKS 增加 — 从8提升至16，以在不进行用户侧配置更改的情况下支持更真实的物联网工作负载。timer_t 重命名为 os_timer_t，以避免与POSIX <sys/types.h> 冲突。-I. 以包含 drivers/ 的头文件；当缺少mbedTLS时自动排除TLS源；添加 -Wno-stringop-truncation 以抑制strncpy的误报警告。coap.c、filesystem.c、mqtt.c、ota.c、security.c、net/ip.c、net/http_dns.c 中的符号比较、未使用函数、未初始化变量和隐式声明警告。