原创 自行开发的一种嵌入式实时操作系统

过去一直用vxWorks，虽然它很好用，但它的体积很大，无法直接在单片机上使用，而其他的商业RTOS（如WINSEK，NUCLEUS等）又很难用，于是就自行开发了ZRTOS用于我的产品开发，潜水了几年回过头来看世上还是没有好的单片机RTOS，什么FREERTOS，uC/FS，OSEK类 很是bullshit，因此发出来以使食读者。

摘要

Z-RTOS 是本人自行开发的一种先进的嵌入式实时操作系统。本人已经用了多年了，完全bullet-prove or non error at all， Z-RTOS 由任务执行优先等级安排，存储管理，驱动器和软、硬件组合等部分组成。 Z-RTOS仅需要很少的计算机资源（例如仅使用少于100 8-字节读写（ RAM）内存， 4K 8-字节的ROM）。Z-RTOS 性能可靠、运行高效。

Z-RTOS中API简介

在Z-RTOS中，有四类API(Application Interfaces) ，它们是1、Z-RTOS核API；2、驱动器组合API；3、任务运行参数组合API；4、应用任务组合API。

以下就是Z-RTOS的API表

1) Z-RTOS 核(core) API

RTOS_STATUS rtos_taskInit(void * buf, void * FAR srvwdt, unsigned char size);
/* package initialization */
RTOS_STATUS rtos_taskSpawn(
char priority,                   /* spawn a new task */
RTOS_FUNCPTR code,   /* task code */
long arg0 //, long arg1        /* task argument */ 
);
RTOS_STATUS rtos_taskDelay(long tick);
RTOS_STATUS rtos_taskSuspend(unsigned char taskId);
RTOS_STATUS rtos_taskDelete(unsigned char taskId);
RTOS_STATUS rtos_taskResume(unsigned char taskId); 
long rtos_taskShow (unsigned char tid);
short rtos_taskIdSelf(void);
void rtos_taskScheduler(void);
void rtos_taskTick(void);
unsigned long rtos_tickGet (void);
RTOS_SEM_ID rtos_semBCreate(short options, short initialState);
RTOS_STATUS rtos_semTake(RTOS_SEM_ID semId, long timeout);
RTOS_STATUS rtos_semGive(RTOS_SEM_ID  semId);
RTOS_STATUS rtos_semFlush(RTOS_SEM_ID semId);
RTOS_STATUS rtos_semDelete(RTOS_SEM_ID semId);  
RTOS_STATUS rtos_semWaitList(RTOS_SEM_ID semId);    
short rtos_intLock(void);
void rtos_intUnlock(short lockKey);   
long memPartitionInit(void * buf, unsigned long buf_size, unsigned short max_num_part);
void * rtos_malloc (long nBytes);
void rtos_free (void *ptr);
int rtos_memFindMax(void);
RTOS_STATUS rtos_iosInit(void* buf, short size);
RTOS_FD_TYPE rtos_iosDrvInstall(RTOS_FUNCPTR  pRead, RTOS_FUNCPTR  pWrite); 
RTOS_FD_TYPE rtos_iosDrvDelete(short name); 
RTOS_FD_TYPE rtos_iosDrvAdd(RTOS_FD_TYPE pDrv, short name, RTOS_FD_TYPE drvnum);
RTOS_FD_TYPE open(short name);
RTOS_FD_TYPE read(RTOS_FD_TYPE fd, char * buffer, size_t maxbytes);
RTOS_FD_TYPE write(RTOS_FD_TYPE fd, char * buffer, size_t maxbytes); 
long getFds(RTOS_FD_TYPE fd); 
void bzero(char *buffer,
/* buffer to be zeroed */ int nbytes /* number of bytes in buffer */);
RTOS_FD_TYPE select(fd_set* pRead, long timeout);
RTOS_FD_TYPE rtos_selWakeupAll(RTOS_FD_TYPE fd);  

2) 驱动器组合(Device driver configuration)API

void rmADevice(DEV_ID_TYPE * FAR device);
void addDevice(DEV_ID_TYPE * FAR device);
long showDevice(U8 id);

3) 任务运行参数组(Parameter configuration) API

RTOS_STATUS addParameter(parameter_type * FAR ptr); 
parameter_type * FAR getParameter(parameter_type * FAR ptr);
RTOS_STATUS setParameter(parameter_type * FAR ptr, long ref);
RTOS_STATUS defaultParameter(parameter_type * FAR ptr);
long getParameterByName(U16 name);
void flashParameter(void);
long showParameter(U8 id);
void paraInit(void);
long * FAR getTaskIDAddress(void);
 

4) 应用任务组合(Application task configuration)API

void rmAFeature(FEATURE_TASK_TYPE * FAR feature);
void addFeature(FEATURE_TASK_TYPE * FAR feature);
long showFeature(U8 id);

与其它实时操作系统的比较

目前在工程上较为流行的实时操作系统有windRiver’s vxWorks,windSEK，还有QNX，微软的Window CE，Linux相关的，和其它OSEK类型的实时操作系统。然而在Z-RTOS在以下的方面有技术上的优势：

1、Z-RTOS需要最少的内存RAM和ROM。

Z-RTOS可以在4K ROM及少于100 RAM的嵌入式芯片上使用。因此，对多数应用，Z-RTOS可直接利用嵌入式芯片上的RAM和ROM，无需使用附加内存。 VxWorks, QNX, Window CE 和 Linux 需要多得多的RAM和ROM来支持。WindSEK或OSEK类型的操作系统也许能在这方面 (RAM or ROM) 与Z-RTOS有接近的结果，但是这些操作系统的表现能力以及可读性和保持性则不太令人满意。

2、Z-RTOS可以控制更多的驱动器。

在一个嵌入式系统中， vxworks可以允许40-50个驱动器，然而Z-RTOS可以很轻易地控制多达256个驱动器，因此Z-RTOS对多个I/0系统，如汽车、航空及航天工程十分适合。

3、用同样的资源Z-RTOS可控制更多的活动任务。

4、高效。

作为一个试验例子：我们用MC9S12P256（12KRAM，256ROM）作为主芯片，设计一个嵌入式系统。在试验中，我们用CAN信息生成仪，生成高通量的CAN信息，同时用这个嵌入式系统记录这些CAN信息。结果，Z-RTOS的软件系统拥有最低的信息损失率。

5、Z-RTOS可靠性强和无差错。

我们以著名的任务优先反制(priority reverse)为例，与vxWorks作了如下比较。在这个例子中，vxWorks造成了火星探险者号中的著名失误。现在我们花一点时间解释一下Priority reverse。假定有三个任务A、B、C。它们都从一个入口读入数据；任务A有最高的优先权，如果没有数据，任何任务都将会被转变成等待(pended)状态。假如任务C最先试图读数据，随后B和A也跟着读，则任务A、B、C都将进入等待状态。当数据有了时，A将读得数据而且继续取得数据；B和C可能永远得不到读数据的机会。在火星探险者号的例子中，由于低优先的任务被“饿死(starving)”了。因此Watchdog timer不停地重新启动 (constantly reset)。

在Z-RTOS中，所有的供需事件都由操作系统和驱动器用一种完善的方式处理了，任务永远不用担心得不到数据的供应或“饿死”。

在嵌入式系统中，有一种叫“大循环big loop”的软件设计方法，对单片机仍然十分流行。有些改进的“大循环”方法比如用有优先次序的“大循环”来改进系统的性能。Z-RTOS的先进性对这些方法是显而易见的，在大多数的情况下，Z-RTOS所生成的软件，甚至在代码的尺寸上胜过“大循环”。

6、ZRTOS 强大的 Configuration 性能
由于ECU的软件可能出现错误等原因，ECU的软件时常需要更新。人们通常使用Bootloader来实现更新软件。ZRTOS has a very powerful ability of parameter configuration, feature configuration and device configuration. 使用ZRTOS可以省去Bootloader.