Nuttx RTOS入門知識簡介及開源代碼運行

1. 簡介

1.1 nuttx介紹

NuttX是一個成熟的實時操作系統(tǒng)，于07年由Gregory Nutt先生正式開源，2016年被三星選為TizenRT操作系統(tǒng)的內(nèi)核，2019年在小米的推動下正式進入Apache基金會，經(jīng)過開源社區(qū)多年的不懈努力，NuttX功能豐富，性能穩(wěn)定，商業(yè)化成熟度高，F(xiàn)itbit最近兩代的手環(huán)產(chǎn)品和索尼多款消費級產(chǎn)品都是基于NuttX開發(fā)的。

NuttX 是一個實時操作系統(tǒng) (RTOS)，強調(diào)標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)性和占用空間小。NuttX 中的主要管理標(biāo)準(zhǔn)是 Posix 和 ANSI 標(biāo)準(zhǔn)，可從 8 位微控制器環(huán)境擴展到 64 位微控制器環(huán)境。來自 Unix 和其他常見 RTOS（例如 VxWorks）的附加標(biāo)準(zhǔn) API 被用于這些標(biāo)準(zhǔn)下不可用的功能，或者不適合深度嵌入環(huán)境的功能（例如 fork()）。

NuttX可運行于各種處理器架構(gòu)和硬件平臺上，包括ARM、MIPS、AVR等其重點遵從特定的標(biāo)準(zhǔn)并且盡量 可伸縮良好且可適應(yīng)從8位到32位單片機環(huán)境

NuttX遵循POSIX標(biāo)準(zhǔn)，在Linux中廣泛應(yīng)用的API接口，并且具有實時操作系統(tǒng)（RTOS）的特性。它采用模塊化設(shè)計，將內(nèi)核空間和用戶空間分離，并提供了豐富的驅(qū)動程序和服務(wù)程序，包括文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧、USB主機/設(shè)備支持等。同時，它還支持多任務(wù)、多線程、信號量、消息隊列、事件驅(qū)動等特性，方便用戶進行開發(fā)和調(diào)試。

NuttX特點：

開源免費：NuttX是一款完全開源、免費的操作系統(tǒng)，可以自由下載和使用。

可移植性：支持各種處理器架構(gòu)和硬件平臺，具有良好的可移植性和通用性。

穩(wěn)定可靠：經(jīng)過長時間的使用和測試，已經(jīng)成熟穩(wěn)定，能夠滿足各種嵌入式應(yīng)用的需求。

易用性高：具有簡單易學(xué)的API和文檔，便于開發(fā)者學(xué)習(xí)和使用。

NuttX應(yīng)用場景：

工控系統(tǒng)：可以將NuttX應(yīng)用于各種工業(yè)自動化、機器人控制、智能電網(wǎng)等工控領(lǐng)域。

消費電子：可以將NuttX應(yīng)用于各種消費電子產(chǎn)品，例如：移動設(shè)備、家庭娛樂系統(tǒng)、數(shù)字相框等。

智能家居：可以將NuttX應(yīng)用于智能家居領(lǐng)域，例如：溫度控制、燈光控制、安全監(jiān)測等。

主要特點分析：

物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛

對系統(tǒng)資源的要求遠(yuǎn)小于Linux，但是可以提供和Linux系統(tǒng)相近的功能和性能，可以被看作很多低端Linux系統(tǒng)的替代方案。

功能高度可裁剪，可以支持系統(tǒng)資源使用跨度極大的各種產(chǎn)品形態(tài)，開發(fā)者可根據(jù)實際需求對系統(tǒng)進行定制。

由于它對POSIX接口的兼容，Linux平臺上現(xiàn)有的開源庫和組件都可以很方便的移植，另外由于軟件平臺對硬件平臺作出了隔離和統(tǒng)一，因此廠商的上層應(yīng)用代碼在移植到不同硬件平臺時也可以更好的復(fù)用。

NuttX本身提供了豐富的OS組件，所以應(yīng)用開發(fā)者可以利用豐富的OS組件和應(yīng)用框架，快速的完成系統(tǒng)的定制和應(yīng)用的開發(fā)，減少開發(fā)成本，讓產(chǎn)品更快的投放市場。

實時性：Nuttx是一個實時操作系統(tǒng)，可以提供精確的時間管理和響應(yīng)。這對于需要嚴(yán)格時間控制的嵌入式應(yīng)用非常重要。Linux系統(tǒng)雖然可以提供實時性，但通常需要額外的配置和補丁。

可移植性：Nuttx被設(shè)計為高度可移植的，可以在多種硬件平臺上運行。它支持許多不同的處理器架構(gòu)和設(shè)備。Linux系統(tǒng)也具有很高的可移植性，但在某些嵌入式設(shè)備上可能需要更多的定制和適配工作。

市場上開源或商業(yè)的RTOS非常多，為什么我們選擇NuttX？主要有以下幾個原因：

NuttX對POSIX標(biāo)準(zhǔn)有原生兼容：NuttX是可商用化RTOS中唯一一個對POSIX API有原生支持的實時操作系統(tǒng)，所以很多Linux社區(qū)的開源軟件可以很方便的移植到NuttX上，這樣可以極大的簡化開源軟件移植，方便代碼復(fù)用，降低學(xué)習(xí)曲線，其它RTOS需要適配層把POSIX API轉(zhuǎn)成內(nèi)部API，而且通常只兼容一小部分的POSIX接口。

完成度高：NuttX集成了文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧、圖形庫和驅(qū)動框架，減少開發(fā)成本。

模塊化設(shè)計：所有組件甚至組件內(nèi)部特性，都可以通過配置Kconfig來調(diào)整或關(guān)閉，可按需對系統(tǒng)進行裁剪，適用于不同產(chǎn)品形態(tài)。

代碼精簡：所有組件都是從頭編碼，專門對代碼和數(shù)據(jù)做了優(yōu)化設(shè)計。

輕量級：雖然NuttX實現(xiàn)了傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的所有功能，但是最終生成的代碼尺寸還是可以很?。ㄗ钚∨渲貌坏?2KB，最大配置不超過256KB）。

和Linux系統(tǒng)的兼容性：因為NuttX整體設(shè)計、代碼組織，編譯過程和Linux非常接近，將會極大地降低Android/Linux開發(fā)者的遷移成本。

活躍開放的社區(qū)：很多廠商（比如小米、Sony，樂鑫、NXP等）和開源愛好者都在積極回饋社區(qū)。

1.2 NuttX的系統(tǒng)架構(gòu)

上圖從縱向看，NuttX和傳統(tǒng)操作系統(tǒng)一樣由調(diào)度子系統(tǒng)、文件子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、圖形子系統(tǒng)和驅(qū)動子系統(tǒng)組成。

從橫向看，NuttX向上給應(yīng)用程序提供了POSIX和ANSI定義的標(biāo)準(zhǔn)C/C++接口。對于沒有標(biāo)準(zhǔn)化的組件（比如各種外設(shè)），NuttX通常會提供兼容Linux的API。向下NuttX定義了Arch API、塊設(shè)備驅(qū)動接口、網(wǎng)卡驅(qū)動接口、display驅(qū)動接口，以及各種總線和外設(shè)的lower half驅(qū)動接口，使得芯片廠商能夠規(guī)范、快速地完成移植工作。下圖中數(shù)量眾多的藍色模塊就是NuttX實現(xiàn)的各種功能。

子系統(tǒng)介紹：

調(diào)度子系統(tǒng)：NuttX支持大多數(shù)RTOS都沒有實現(xiàn)的進程概念，并提供完整的POSIX API，比如pthread、信號量、消息隊列、時鐘/定時器、信號、環(huán)境變量等。同時，也支持RTOS上常見的優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)和tickless模式。NuttX支持對稱多處理（SMP）和非對稱多處理（AMP）兩種多核編程模式，開發(fā)者可以根據(jù)芯片設(shè)計的特點和應(yīng)用場景的需求，選擇使用SMP或AMP，甚至同時使用SMP和AMP。NuttX支持所有常見CPU架構(gòu)，比如Cortex-A/Cortex-R/Cortex-M、AVR、MIPS、32位/64位 RISC-V，X86/X64，Z80，以及Tensilica和CEVA的DSP，并有超過150款芯片成功移植到NuttX上。

文件系統(tǒng)：NuttX設(shè)計了一套完整而小巧的虛擬文件系統(tǒng)，除了支持統(tǒng)一的目錄和文件操作外，還支持掛載點、字符設(shè)備，塊設(shè)備等高級概念。直接支持10多種常用的文件系統(tǒng)。比如FAT、LittleFS、SmartFS、NFS、ROMFS、TMPFS等。另外，NuttX內(nèi)置根文件系統(tǒng)，無需掛載即可啟動，極大的簡化了開發(fā)和部署流程。

網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)：NuttX實現(xiàn)了完整的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，支持以太網(wǎng)、WiFi、802.15.4、藍牙、CAN等數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，支持IPv4、IPv6以及相關(guān)的ARP、ICMP、IGMP、MLD等傳輸層協(xié)議，實現(xiàn)了BSD兼容套接字API，除了常見的TCP、UDP協(xié)議外，還支持raw packet、unix domain、netlink套接字類型。另外，NuttX還提供了大量的應(yīng)用層協(xié)議實現(xiàn)，比如DHCP、DNS、NTP、Telnet、FTP、SMTP、HTTP等。

驅(qū)動子系統(tǒng)：除了接入到文件系統(tǒng)的塊設(shè)備驅(qū)動和接入到TCP/IP協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動外，NuttX還為各種常見總線和外設(shè)定義了類似Linux的字符設(shè)備驅(qū)動。一方面通過NuttX為每類設(shè)備定義的標(biāo)準(zhǔn)IOCTL接口，應(yīng)用程序可以用統(tǒng)一的API訪問不同廠商的硬件驅(qū)動，另一方面NuttX驅(qū)動框架實現(xiàn)了和硬件無關(guān)的操作（比如權(quán)限控制、buffer管理，睡眠/喚醒等），降低驅(qū)動程序的開發(fā)難度。最后，NuttX提供了一套基于activity統(tǒng)計的低功耗管理框架，使得驅(qū)動程序可以方便地實現(xiàn)低功耗控制。

1.3 Xiaomi Vela 介紹

Xiaomi Vela 項目，是小米基于開源實時操作系統(tǒng)NuttX打造的嵌入式物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺。小米基于 Apache NuttX 開發(fā)了為解決物聯(lián)網(wǎng)碎片化而生的，物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域自研的嵌入式軟件平臺——Xiaomi Vela。

在各種不同的物聯(lián)網(wǎng)硬件上提供統(tǒng)一的軟件平臺，支持高性價比的MCU設(shè)備，為IoT的繁榮構(gòu)建基礎(chǔ)設(shè)施。Xiaomi Vela 通過組件化能力，做到高度可伸縮、可裁剪，支持豐富的組件和易用的框架。同時，可以很方便的去支持功能差異跨度極大的各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。還與 Linux 保持高度兼容性，適合做 Linux 的平替，幫助硬件實現(xiàn)降本。并基于物聯(lián)網(wǎng)的特性，在多核異構(gòu)、安全、超低功耗渲染和連接方面都建設(shè)了獨有的能力。

IoT領(lǐng)域跟傳統(tǒng)的PC和手機行業(yè)相比，最大的差異點就是IoT設(shè)備極其碎片化，這個碎片化給小米自身以及整個行業(yè)帶來了效率低下的問題（代碼的不可復(fù)用、軟件的重復(fù)建設(shè)）。隨著IoT行業(yè)的高速發(fā)展，到2030年全球還會新增150億IoT設(shè)備，所帶來的碎片化問題只會是越來越嚴(yán)重。因此，迫切的需要一個統(tǒng)一的軟件平臺來打通碎片化的IoT應(yīng)用，讓其能夠和諧共通。

Xiaomi Vela 可以通過豐富的組件和標(biāo)準(zhǔn)化的軟件框架，打通碎片化的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景；可以確保信息在設(shè)備間高效無縫的流轉(zhuǎn)；能夠做到更多物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的互聯(lián)隨心配，為用戶帶去更趣味、多樣性的搭配選擇。目前 Xiaomi Vela 已經(jīng)裝載在含智能家居、穿戴、智能音箱等品類的數(shù)百款、千萬級的智能設(shè)備上。能夠聯(lián)動構(gòu)建更多豐富且實用的智能場景，擁有更極致的設(shè)備互聯(lián)的體驗，讓全球每個人都能享受科技帶來的美好生活，這是Xiaomi Vela的目標(biāo)，同時也是小米公司的愿景。

Xiaomi Vela 主要特性：

高效性能：Vela 基于 NuttX 內(nèi)核，具有高實時性、低功耗、低延遲等特點，適用于各種資源受限的嵌入式設(shè)備。

豐富組件：Vela 提供了多種常用的組件，如網(wǎng)絡(luò)、音頻、視頻、圖形、安全等，方便開發(fā)者快速構(gòu)建應(yīng)用。

易用框架：Vela 提供了一套統(tǒng)一的應(yīng)用框架，支持 Lua、JavaScript 等腳本語言開發(fā)應(yīng)用，并提供了豐富的 API 和文檔。

萬物互聯(lián)：Vela 支持多種通信協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)，如 WiFi、BLE、Zigbee、MQTT 等，并提供了小米妙享技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)備之間的無縫連接和協(xié)同。

底層 NuttX 內(nèi)核：提供最基本的任務(wù)調(diào)度、跨進程間通信、文件系統(tǒng)等基礎(chǔ) OS 功能，同時也提供簡潔高效的設(shè)備驅(qū)動、輕量級的 TCP/IP 協(xié)議棧和電源管理等組件。

應(yīng)用框架：分為上下兩層，下層是為擴展系統(tǒng)服務(wù)而提供的通用應(yīng)用框架，上層是針對不同的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而開發(fā)的定制應(yīng)用框架，例如多媒體應(yīng)用框架和傳感應(yīng)用框架，提供 Cloud SDK 可以方便開發(fā)者更快速的接入小米云服務(wù)。

開發(fā)者工具：除了常見的 Logger 和 Debugger 工具，Xiaomi Vela 還提供 Emulator 工具來幫助開發(fā)者提升調(diào)試效率，使用 Emulator，開發(fā)者可以利用 PC 端豐富的調(diào)試工具和調(diào)試信息，降低嵌入式系統(tǒng)開發(fā)和調(diào)試的難度。

1.3.1 小米澎湃OS

看架構(gòu)圖，澎湃OS是一個大OS的概念，涵蓋硬件上的所有軟件。

小米澎湃OS的底層核心系統(tǒng)由Linux和自研Xiaomi Vela融合而成，異構(gòu)兼容性與系統(tǒng)資源管理能力可以讓每一臺設(shè)備都能發(fā)揮最佳性能。

小米Vela是基于開源嵌入式操作系統(tǒng) NuttX 打造的物聯(lián)網(wǎng)軟件系統(tǒng)平臺，目前已運作于小米多款智能家居產(chǎn)品之上。也就是說，小米澎湃OS搭建于安卓開源與小米物聯(lián)網(wǎng)平臺基礎(chǔ)之上，保留安卓生態(tài)與海外市場，同時爭取留存盡可能多的小米生態(tài)用戶群體。

小米將安卓的服務(wù)框架和自研Vela系統(tǒng)的服務(wù)框架都作為“中間件”納入其中。同時全新打造八大子系統(tǒng)，其中全新的AI子系統(tǒng)融合大模型能力成為整個系統(tǒng)的“智能大腦”，不僅可以讓單設(shè)備實現(xiàn)極強的端側(cè)AI能力，同時賦予整個生態(tài)智能能力。

最上層HyperConnect 跨端層打破了硬件設(shè)備的隔閡，讓所有設(shè)備可以統(tǒng)一連接協(xié)議，并且實時通信，最終構(gòu)建“人車家全生態(tài)”的智能世界。另外，此次小米打造了貫穿內(nèi)核層、服務(wù)框架層、跨端層的全端安全系統(tǒng)， 尤其在內(nèi)核層啟用了完全獨立的“自研微內(nèi)核安全系統(tǒng)”，保障了安全從最底層實現(xiàn)。

澎湃 OS 最重要的五大特性：

澎湃OS以底層重構(gòu)覆蓋人車加全生態(tài)豐富多樣的硬件設(shè)備；

基于自研的先進跨端互聯(lián)框架，讓設(shè)備高效連接；

擁有AI 框架，在AI大模型的全面加持下，給系統(tǒng)應(yīng)用帶來了更好的表現(xiàn)，

同時搭載 Hyperman 的這個設(shè)備互聯(lián)的思考中樞，

邁向主動智能時代。

用小米澎湃OS去對標(biāo)華為鴻蒙系統(tǒng)，兩個系統(tǒng)目的類似，但做法不一樣。小米主要基于安卓系統(tǒng)基礎(chǔ)上重寫底層，再加入嵌入式系統(tǒng)的兼容，其本質(zhì)內(nèi)核沒有變，但由于重寫了底層，在以后其他產(chǎn)品進行系統(tǒng)配對或系統(tǒng)間互動的時候，會更加平滑。

因此，小米要建一個小米生態(tài)世界，這個OS勢在必行。而小米下一個要開發(fā)的場景就是車，車機交互、人機交互、人才交互，緊密關(guān)系到用戶的實際體驗，所以重構(gòu)的操作系統(tǒng)對于未來小米提升自身產(chǎn)品使用體驗具有重大意義。

國內(nèi)其他廠商也在做同樣類似的事情，在硬件同質(zhì)化越來越嚴(yán)重的情況下，需要通過做好軟件去提升人際交互和用戶體驗。一個能擁有自主開發(fā)的操作系統(tǒng)更便于做深度定制或者差異化定制，也可以為未來導(dǎo)入人工智能相關(guān)打開更好的通道。

小米汽車有兩個獨特的競爭優(yōu)勢：第一是與既有生態(tài)整合，包括操作系統(tǒng)、應(yīng)用程式、手機與IoT等硬件；第二是銷售渠道遍及海外市場。

1.3.2 鴻蒙與Vela的異同

IoT領(lǐng)域迫切需要一個統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，比ucosIII、freeRTOS更高級，比linux更輕量級。能提提供豐富組件，豐富的生態(tài)，便捷的使用，解決碎片化問題。在這方面 Xiaomi Vela和開源鴻蒙系統(tǒng)都在發(fā)力，比如OpenHarmony。OpenHarmony LiteOS-A內(nèi)核是基于Huawei LiteOS內(nèi)核演進發(fā)展的新一代內(nèi)核，Huawei LiteOS是面向IoT領(lǐng)域構(gòu)建的輕量級物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)。在IoT產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的潮流中，OpenHarmony LiteOS-A內(nèi)核能夠帶給用戶小體積、低功耗、高性能的體驗以及統(tǒng)一開放的生態(tài)系統(tǒng)能力，新增了豐富的內(nèi)核機制、更加全面的POSIX標(biāo)準(zhǔn)接口以及統(tǒng)一驅(qū)動框架HDF（OpenHarmony Driver Foundation）等，為設(shè)備廠商提供了更統(tǒng)一的接入方式，為OpenHarmony的應(yīng)用開發(fā)者提供了更友好的開發(fā)體驗。

在物聯(lián)網(wǎng)時代，操作系統(tǒng)是最底層基礎(chǔ)的系統(tǒng)架構(gòu)，很多上層應(yīng)用都基于操作系統(tǒng)才能布局生態(tài)。就在小米對外正式發(fā)布自家物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)Xiaomi Vela同一天，華為也舉辦了一場新品發(fā)布會，發(fā)布了15款智選新品，這是華為的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)鴻蒙OS首次應(yīng)用在華為智選生態(tài)產(chǎn)品上。而在小米官方對Vela介紹中，Xiaomi Vela對標(biāo)的其實是華為LiteOS。然而，隨著LiteOS融入鴻蒙OS，Xiaomi Vela終將要面對的仍然是鴻蒙OS。無論是鴻蒙還是Xiaomi Vela，都是為了打通物聯(lián)網(wǎng)最基礎(chǔ)的聯(lián)通、協(xié)同相關(guān)功能。

但兩者仍然略有差異：在戰(zhàn)略層面：鴻蒙OS發(fā)布之初，華為官方對標(biāo)的是安卓系統(tǒng)比；Xiaomi Vela則更傾向于認(rèn)為是與Linux、安卓等高價操作系統(tǒng)是互補共生關(guān)系。在應(yīng)用層面：鴻蒙搭載的范圍更廣，覆蓋到了內(nèi)存配置比較大的領(lǐng)域，搭載華為鴻蒙OS的第一款產(chǎn)品是榮耀智慧屏；Xiaomi Vela更注重低功耗和輕量級的應(yīng)用場景，其目標(biāo)應(yīng)用是智能家居、可穿戴設(shè)備等算力受限設(shè)備，而非手機、智能電視等。逐步完善的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)版圖

2. 代碼下載編譯運行

2.1 代碼運行

環(huán)境搭建：

sudo apt install bison flex gettext texinfo libncurses5-dev libncursesw5-dev gperf automake libtool pkg-config build-essential gperf genromfs libgmp-dev libmpc-dev libmpfr-dev libisl-dev binutils-dev libelf-dev libexpat-dev gcc-multilib g++-multilib picocom u-boot-tools util-linux

apt install kconfig-frontends

apt install gcc-arm-none-eabi binutils-arm-none-eabi

代碼下載：

mkdir nuttx_project
cd nuttx_project
git clone https://github.com/apache/nuttx.git nuttx
git clone https://github.com/apache/nuttx-apps apps

代碼編譯：

cd nuttx
./tools/configure.sh -L | less  查看支持板卡
./tools/configure.sh -l sim:nsh 選擇一個板卡，例如sim:nsh
make menuconfig 配置Kconfig文件
make

編譯后代碼根目錄有nuttx目標(biāo)文件，執(zhí)行后自動運行

./nuttx

nut shell 終端如下：

退出shell輸入poweroff，或者另一個終端輸入pkill nuttx

默認(rèn)用戶名：admin

默認(rèn)密碼：Administrator

或者使用make menuconfig去掉登錄密碼

2.2 目錄結(jié)構(gòu)：

nuttx/arch：該目錄包含多個子目錄，每個子目錄包含特定于體系結(jié)構(gòu)的邏輯。將 NuttX 移植到新處理器的任務(wù)包括在arch/ 包含特定于新架構(gòu)的邏輯下添加一個新的子目錄。

nuttx/binfmt：binfmt/子目錄包含將文件系統(tǒng)中的二進制文件以可用于執(zhí)行它們的形式加載到內(nèi)存中的邏輯。

nuttx/audio：audio/子目錄包含 NuttX 音頻子系統(tǒng)

nuttx/boards：boards/子目錄包含每個板的自定義邏輯和板配置數(shù)據(jù)。board板特定配置子目錄 < boards/arch-name> / //configs 如：boards/arm/stm32/nucleo-f103rb/configs

nuttx/crypto：crypto子目錄包含 NuttX 加密子系統(tǒng)。

nuttx/drivers：crypto子目錄包含與體系結(jié)構(gòu)無關(guān)的設(shè)備驅(qū)動程序。

nuttx/fs：fs子該目錄包含 NuttX 文件系統(tǒng)。

nuttx/graphics：graphics子目錄包含 NuttX 下的圖形/視頻支持文件。

nuttx/include：目錄包含 NuttX 頭文件。

nuttx：這幾乎是一個空的目錄，用于存放生成的靜態(tài)庫。

nuttx/libs/libc：目錄包含一組標(biāo)準(zhǔn)的類 libc 函數(shù)，帶有 NuttX 的自定義接口。

nuttx/mm：這是 NuttX 內(nèi)存管理器。

nuttx/net：該目錄包含 NuttX 網(wǎng)絡(luò)層的實現(xiàn)，包括內(nèi)部套接字 API。

nuttx/sched：構(gòu)成 NuttX RTOS 核心的文件位于此處。

nuttx/syscall：該目錄包含一個系統(tǒng)調(diào)用接口，可用于用戶模式應(yīng)用程序和內(nèi)核模式 RTOS 之間的通信。

nuttx/tools：該目錄包含一組工具和腳本，用于簡化配置、構(gòu)建和維護 NuttX。

nuttx/wireless：該目錄包含對獨立于硬件的無線支持的支持。

nuttx/Makefile：Makefile目錄中的頂層$(TOPDIR)包含構(gòu)建 NuttX 的所有頂層控制邏輯。

3. 啟動流程分析

在NuttX內(nèi)存布局中，KROM和UROM分別存放著內(nèi)核啟動和NSH啟動的程序，啟動流程如下圖所示，下面對啟動流程進行簡要介紹。

在KROM中內(nèi)核啟動流程是：

硬件初始化

_start是內(nèi)核啟動的入口點，處理器將從這里開始執(zhí)行內(nèi)核啟動的第一條指令

初始化棧指針和中斷向量表，將中斷模式設(shè)置為CLIC Direct模式。在Direct中斷模式下，BASE被要求必須是64字節(jié)對齊，且所有的異常和中斷將會跳轉(zhuǎn)trap中斷處理函數(shù)進行中斷處理，中斷處理函數(shù)地址保存在mtvec寄存器中，中斷處理流程如下圖6-3所示：

搬移data段，清空BSS段，進行clock配置；完成uart的前期初始化，這里只進行了uart設(shè)備初始化，沒有做驅(qū)動初始化，目的是實現(xiàn)控制臺信息打印功能。

系統(tǒng)級初始化

根據(jù)用戶鏡像中的信息進行應(yīng)用程序空間中data和BSS段的搬移和初始化工作，使用PMP設(shè)置地址空間訪問權(quán)限

NuttX系統(tǒng)的初始化，主要有內(nèi)核list初始化、idle tcb初始化、信號量初始化、內(nèi)存堆初始化、task子系統(tǒng)初始化、fs子系統(tǒng)初始化、watchdog初始化、clock子系統(tǒng)初始化等

堆地址初始化：用戶空間堆初始化和內(nèi)核空間堆初始化

設(shè)置初始環(huán)境變量并啟動init程序

根據(jù)系統(tǒng)配置找到應(yīng)用程序入口點，并啟動應(yīng)用程序。

經(jīng)過上面步驟已實現(xiàn)硬件環(huán)境初始化和NuttX系統(tǒng)初始化，下面將啟動應(yīng)用程序。應(yīng)用程序放置在UROM地址空間中，總的來說獲取應(yīng)用程序入口點有三種方式：第一種通過宏直接設(shè)置入口點地址；第二種從用戶空間結(jié)構(gòu)體中獲取入口點；最后一種則從文件系統(tǒng)中獲取init程序并動態(tài)載入后跳轉(zhuǎn)。獲取應(yīng)用程序入口通過menuconfig進行配置。三種方式都可實現(xiàn)應(yīng)用程序的加載，但第二種實現(xiàn)方式還具有其他優(yōu)點，它可將用戶空間結(jié)構(gòu)體以符號的形式傳遞給拓展ELF固件，因此我們選擇第二種應(yīng)用程序加載方式。這里簡要介紹如何選擇第二種加載方式即如何加載應(yīng)用程序：

在menuconfig中選擇CONFIG_INIT_ENTRYPOINT(應(yīng)用程序入口點配置項) 和 CONFIG_BUILD_PROTECTED(指定從用戶空間結(jié)構(gòu)體中獲取應(yīng)用程序入口點)這兩個宏，可以指定以第二種方式加載應(yīng)用程序。

用戶空間結(jié)構(gòu)體在鏈接時會被工具鏈放在用戶鏡像的text段首地址

NuttX啟動應(yīng)用程序過程中，將用戶空間結(jié)構(gòu)體作為參數(shù)傳遞給任務(wù)創(chuàng)建函數(shù)，如此可根據(jù)應(yīng)用程序入口點創(chuàng)建應(yīng)用程序任務(wù)

上面提到用戶鏡像中包含NSH和內(nèi)嵌的應(yīng)用。NSH是NuttX提供一個小型的、可伸縮的、類似bash的shell命令解析器，具有命令行解析、實時串口輸出、系統(tǒng)掛載等功能，具有豐富的特性集和較小的占用空間，支持腳本啟動、拓展程序動態(tài)加載，因此考慮將NSH作為第一個用戶程序。

enum nx_initstate_e
{
    OSINIT_POWERUP = 0， /*上電。尚未執(zhí)行初始化，取決于.bss的初始化邏輯值。* /
    OSINIT_BOOT = 1，   /*基本啟動初始化完成。操作系統(tǒng)服務(wù)和硬件資源還沒有可用。* /
    OSINIT_TASKLISTS = 2， /*準(zhǔn)備運行/分配的任務(wù)列表頭有效*/
    OSINIT_MEMORY = 3，   /*內(nèi)存管理器已經(jīng)初始化*/
    OSINIT_HARDWARE = 4， /* mcu專用硬件初始化。硬件資源，如定時器和設(shè)備驅(qū)動程序現(xiàn)已提供。
                        足夠的底層操作系統(tǒng)服務(wù)支持的硬件也有但是操作系統(tǒng)尚未完成其全部初始化。* /
    OSINIT_OSREADY = 5， /*操作系統(tǒng)已經(jīng)完全初始化，多任務(wù)正在進行活動。* /
    osinit_idlelloop = 6 /*操作系統(tǒng)進入空閑循環(huán)*/
}；

可以代碼中添加打印，自己上手調(diào)試下：

#include 
_info("ssss Entry
");

審核編輯：劉清