Nuttx的介绍

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嵌入式 实时操作系统 rtos nuttx 7.1）

NuttX 介绍

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1  NuttX 实时操作系统


NuttX 是一个实时操作系统（RTOS），强调标准兼容和小型封装，具有从8位到32位微控制器环境的高度可扩展性。NuttX 主要遵循  Posix 和 ANSI 标准，对于在这些标准下不支持的功能，或者不适用于深度嵌入环境的功能（如 fork()），采用来自 Unix 和常见 RTOS （如 VxWorks）的额外的标准 API。

NuttX 的第一个版本由 Gregory Nutt 于 2007 年在宽松的 BSD 许可证下发布。

2  关键特征

  • 标准兼容
  • 核心任务管理
  • 模块化设计
  • 完全可抢占
  • 天然可扩展
  • 高度可配置
  • 图形化配置工具
  • 容易扩展到新的处理器架构、 SoC 架构或板级架构
  • FIFO 和轮转调度
  • 实时的、确定性的、支持优先级继承
  • 类 POSIX/ANSI 的任务控制、命名消息队列、计数信号量、时钟/定时器、信号、pthread、环境变量、文件系统
  • 类VxWorks的任务管理和看门狗定时器
  • BSD 套接字接口
  • 优先级管理的扩展
  • 可选的具有地址环境的任务（进程）
  • 可继承的“控制终端”和 I/O 重定向
  • 请求式分页
  • 系统日志
  • 可以构建为开放的、平面的嵌入式 RTOS，或单独构建为具有系统调用接口的微内核
  • 内建每线程 CPU 负载测量
  • 良好的文档支持

3  支持的平台

3.1  Allwinner
  • A10 (Cortex-A8)
3.2  Atmel
  • AVR ATMega128 (8-bit AVR)
  • AVR AT90USB64x and AT90USB6128x (8-bit AVR)
  • AVR32 AT32UC3BXXX (32-bit AVR32)
  • Atmel SAMD20 (ARM Cortex-M0+)
  • Atmel SAM3U (ARM Cortex-M3)
  • Atmel SAM3X (ARM Cortex-M3)
  • Atmel SAM4L (ARM Cortex-M4)
  • Atmel SAM4S (ARM Cortex-M4)
  • Atmel SAM4E (ARM Cortex-M4)
  • Atmel SAMA5D3 (ARM Cortex-A5)
3.3  Freescale
  • M68HCS12
  • Freescale i.MX1 (ARM920-T)
  • FreeScale KL25Z (ARM Cortex-M0+)
  • FreeScale Kinetis K40 (ARM Cortex-M4)
  • FreeScale Kinetis K60 (ARM Cortex-M4)
3.4  基于主机 PC 的仿真
  • Linux/Cygwin 用户模式仿真
3.5  Intel
  • Intel 80x52
  • Intel 80x86
3.6  MicroChip
  • PIC32MX2xx Family (Modified MIPS32)
  • PIC32MX4xx Family (Modified MIPS32)
  • PIC32MX7xx Family (Modified MIPS32)
3.7  nuvoTon
  • nuvoTon NUC120 (ARM Cortex-M0)
3.8  NXP
  • NXP LPC214x (ARM7TDMI)
  • NXP LPC2378 (ARM7TDMI)
  • NXP LPC3131 (ARM9E6JS)
  • NXP LPC315x (ARM9E6JS)
  • NXP LPC176x (ARM Cortex-M3)
  • NXP LPC178x (ARM Cortex-M3)
  • NXP LPC43xx (ARM Cortex-M4)
3.9  Renesas/Hitachi:
  • Renesas/Hitachi SuperH
  • Renesas M16C/26
3.10  STMicroelectronics
  • STMicro STR71x (ARM7TDMI)
  • STMicro STM32L152 (STM32 L "EnergyLite" Line, ARM Cortex-M3)
  • STMicro STM32F100x (STM32 F1 "Value Line"Family, ARM Cortex-M3)
  • STMicro STM32F103C4/C8 (STM32 F1 "Low- and Medium-Density Line" Family, ARM Cortex-M3)
  • STMicro STM32F103x (STM32 F1 Family, ARM Cortex-M3)
  • STMicro STM32F107x (STM32 F1 "Connectivity Line" family, ARM Cortex-M3)
  • STMicro STM32F207x (STM32 F2 family, ARM Cortex-M3)
  • STMicro STM32F303x (STM32 F3 family, ARM Cortex-M4).
  • STMicro STM32F407x (STM32 F4 family, ARM Cortex-M4)
  • STMicro STM32 F427/437 (STM32 F4 family, ARM Cortex-M4)
  • STMicro STM32 F429 (STM32 F4 family, ARM Cortex-M4)
3.11  Texas Instruments (some formerly Luminary)
  • TI TMS320-C5471 (ARM7TDMI)
  • TI Calypso (ARM7TDMI)
  • TI TMS320-DM320 (ARM9E6JS)
  • TI/Stellaris LM3S6432 (ARM Cortex-M3)
  • TI/Stellaris LM3S6432S2E (ARM Cortex-M3)
  • TI/Stellaris LM3S6918 (ARM Cortex-M3)
  • TI/Stellaris LM3S6965 (ARM Cortex-M3)
  • TI/Stellaris LM3S8962 (ARM Cortex-M3)
  • TI/Stellaris LM3S9B96 (ARM Cortex-M3)
  • TI/Stellaris LM4F120x (ARM Cortex-M4)
  • TI/Tiva TM4C123G (ARM Cortex-M4)
3.12  ZiLOG
  • ZiLOG ZNEO Z16F
  • ZiLOG eZ80 Acclaim!
  • ZiLOG Z8Encore!
  • ZiLOG Z180
  • ZiLOG Z80

4  支持的板卡


16z
amber
arduino-due
avr32dev1
c5471evm
cloudctrl
compal_e86
compal_e88
compal_e99
demo9s12ne64
ea3131
ea3152
eagle100
ekk-lm3s9b96
ez80f910200kitg
ez80f910200zco
fire-stm32v2
freedom-kl25z
hymini-stm32v
kwikstik-k40
lincoln60
lm3s6432-s2e
lm3s6965-ek		lm3s8962-ek
lm4f120-launchpad
lpc4330-xplorer
lpcxpresso-lpc1768
maple
mbed
mcu123-lpc214x
micropendous3
mikroe-stm32f4
mirtoo
mx1ads
ne64badge
ntosd-dm320
nucleus2g
nutiny-nuc120
olimex-lpc1766stk
olimex-lpc2378
olimex-lpc-h3131
olimex-stm32-p107
olimex-stm32-p207
olimex-strp711
open1788
p112		pcblogic-pic32mx
pcduino-a10
pic32mx7mmb
pic32-starterkit
pirelli_dpl10
pjrc-8051
px4fmu-v2_upstream
qemu-i486
rgmp
sam3u-ek
sam4e-ek
sam4l-xplained
sam4s-xplained
sama5d3x-ek
samd20-xplained
神舟IV号
sim
skp16c26
spark
stm3210e-eval
stm3220g-eval
stm3240g-eval
stm32f100rc_generic		stm32f3discovery
stm32f429i-disco
stm32f4discovery
stm32ldiscovery
stm32_tiny
stm32vldiscovery
sure-pic32mx
teensy
tm4c123g-launchpad
twr-k60n512
ubw32
us7032evb1
viewtool-stm32f107
vsn
xtrs
z16f2800100zcog
z80sim
z8encore000zco
z8f64200100kit
zkit-arm-1769
zp214xpa
 
 

5  文件系统

  • 基于内存的微型根伪文件系统
  • 虚拟文件系统（VFS）
  • 可挂载的卷：绑定挂载点、文件系统和块设备驱动器。
  • 通用系统日志（SYSLOG）支持
  • FAT12/16/32文件系统支持
  • NFS客户端：客户端侧支持网络文件系统（NFS，版本3，UDP）
  • NXFFS：微型 NuttX 损耗平衡 FLASH 文件系统
  • SMART：Ken Pettit提供的 FLASH文件系统。
  • procfs/ 文件系统
  • 基于 SPI 的 MMC/SD/SDH 卡的通用驱动
  • ROMFS文件系统支持
  • 二进制加载器支持下列格式：
    • 脱离链接的 ELF 模块
    • 脱离链接的 NXFLAT 模块。NXFLAT 是可以从文件系统芯片内执行的二进制格式。
  • PATH 变量支持
  • 通过 TFTP 和 FTP、HTML (wget)、 Zmodem (sz 和 rz) 传输文件（接收和发送）。

6  设备驱动

  • VFS 支持字符和块驱动
  • 网络、 USB （主机）、 USB （设备）、 串口、 I2C、 I2S、 NAND、 CAN、 ADC、 DAC、 PWM、 正交编码器和看门狗定时器驱动架构。
  • RAMDISK、 管道、 FIFO、 /dev/null、 /dev/zero 驱动
  • 基于 SPI 或 SDIO 的 MMC/SD/SDH 卡的通用驱动
  • 电源管理子系统
  • 内建 FreeModBus 1.5.0 版提供的 ModBus 支持
  • 图形设备：帧缓冲驱动、图形和段式 LCD 驱动
  • 音频子系统：编解码器、音频输入和输出驱动。命令行和图形界面媒体播放器应用程序
  • 输入设备：触摸屏、USB 键盘、USB鼠标、基于 GPIO 的按钮和键盘
  • 模拟设备：支持模拟到数字转换（ADC）、数字到模拟转换（DAC）、多路复用器和放大器

7  C/C++ 库

  • 完全集成在 OS 内的标准 C 库
  • 通过一个标准数学库提供浮点支持
  • 插件 uClibc++ 模块提供标准 C++ 库，支持 io 流、 字符串、 STL、 RTTI、异常等(LGPL)

8  网络

  • TCP/IP、 UDP、 ICMP、 IGMPv2（客户端）栈
  • SLIP
  • 一个 cJSON 移植
  • 小型封装（基于 uIP）
  • BSD兼容的套接字层
  • 网络实用程序（DHCP 服务器和客户端、SMTP 客户端、 TELNET 客户端、FTP 服务器和客户端、TFTP 客户端、HTTP 服务器和客户端、NTP 客户端）。可继承的 TELNET 会话（如“控制终端”）。
  • NFS 客户端：客户端侧支持网络文件系统（NFS，版本3，UDP）
  • 一个 Jeff Poskanzer 的 THTTPD HTTP 服务器的 NuttX 移植，集成于 NXFLAT，提供嵌入式 CGI。
  • UDP 网络发现， XML RPC 服务器
  • 支持网络模块（如 TI CC3000 WLAN 模块）

9  Flash 支持

  • 灵感来自 MTD 的存储技术设备接口
  • NAND 支持
  • FTL：简单的 Flash 转换层，支持 FLASH 上的文件系统
  • NXFFS： NuttX 损耗平衡 FLASH 文件系统
  • 支持基于 SPI 的 FLASH 设备

10  USB 支持

10.1  USB 主机支持
  • USB 主机控制器驱动和设备依赖的 USB 类驱动的 USB 主机架构
  • 可用于 NXP LPC17xx 的 USB 主机控制器驱动
  • 可用于 USB 大容量存储设备和 HID 键盘的设备依赖的 USB 类驱动
10.2  USB 设备支持
  • USB 设备控制器驱动和设备依赖的 USB 类驱动的类 Gadget 架构
  • 可用于 PIC32、 NXP LPC17xx、 LPC214x、 LPC313x、 LPC43xx、 STMicro STM32F1x、 STM32F2x、 STM32F4x 和 TI DM320 的 USB 设备控制器驱动
  • 可用于 USB 串口和 USB 大容量存储设备的设备依赖的 USB 类驱动
  • 内建用于 USB 调试的 USB 追踪功能

11  图形支持

  • 帧缓冲驱动
  • 并行端口和 SPI 端口的 LCD 和OLED 的图形 LCD 驱动
  • 段式 LCD 驱动
  • NX Graphics 子系统：一个图形库、窗口化系统和字体支持，工作于帧缓冲或 LCD 驱动
  • NuttX Widgets：用保守的 C++ 编写的图形用户界面，集成于 NX Graphics
  • NuttX 窗口管理器：一个微型窗口管理器，基于 NX Graphics 子系统和 NuttX Widgets

12  插件

12.1  NuttShell
  • 一个用于 NuttX 的、小型的、可扩展的、类 bash 的 shell，具有丰富的特征集和小型封装。
12.2  Pascal 运行时
  • Pascal 插件可以从 SourceForge 网站下载。

13  开发环境

  • Linux + GNU make + GCC/binutils for Linux
  • Linux + GNU make + SDCC for Linux
  • Windows with Cygwin + GNU make + GCC/binutils （Cygwin下自定义构建）
  • Windows with Cygwin + GNU make + SDCC （Cygwin下自定义构建）
  • Windows with Cygwin + GNU make + Windows 本地工具链
  • Windows 本地 (CMD.exe) + GNUWin32 （含 GNU make） + MinGW 主机 GCC 编译器 + Windows 本地工具链
  • Wine + GNU make + Windows 本地工具链

14  链接


官方网站： http://www.nuttx.org
Wiki： http://www.nuttx.org/doku.php?id=wiki
下载： http://sourceforge.net/projects/nuttx
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Ø 内核分模块组织，功能模块被组织到一个个目录下，如nuttx/ audio/, binfmt/, crypto/, drivers/, fs/, graphics/, video/, wireless/等；Ø 用户lib库在libs/目录下，在这个目录下，包含了用于内核以及应用的基于共享逻辑的库，例如 libc, libm (math), libnx (graphics)等；5） net/sockets/提供基于BSD的socket接口；4） fs/vfs/ 提供了基于POSIX的文件接口；
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Ø KERNEL构建：这种构建是使用存储管理单元（MMU）将OS放置在私有地址空间中，并将任务（或进程）放置在其自己的虚拟地址空间。对于PROTECTED构建与KERNEL构建，应用程序驻留在OS地址空间之外，并且在这些构建中，应用程序都不能访问OS的任何内部资源。Ø PROTECTED构建：这种构建是使用存储保护单元（MPU）将内存分离为用于OS的特权模式，和用于所有应用的非特权模式。4） 用户进程之间进一步隔离，每个应用程序工作在自己的空间上；2） 内核程序工作在内核模式；
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nuttx 文件系统介绍
08-10
<think>NuttX是一个实时操作系统（RTOS），它提供了一个可扩展的、小型的嵌入式操作系统环境。NuttX的文件系统（File System）是其核心组件之一，支持多种文件系统类型，以适应不同的存储设备和应用需求。下面我将详细介绍NuttX文件系统，包括其特点、支持的文件系统类型以及如何配置和使用。 ### 1. NuttX文件系统概述 NuttX文件系统设计遵循POSIX标准，提供了标准的文件操作接口（如open, read, write, close等）。它支持多种文件系统类型，包括： - **ROMFS**：只读文件系统，通常用于存储常量数据或代码。 - **FAT12/16/32**：支持传统的FAT文件系统，兼容性好。 - **NXFFS**：NuttX专为NOR Flash设计的文件系统，具有损耗均衡和掉电安全特性。 - **SmartFS**：针对SPI Flash优化的文件系统，支持损耗均衡和掉电保护。 - **ProcFS**：伪文件系统，用于提供进程和系统信息的访问。 - **BinFS**：一种简单的二进制文件系统，用于执行存储在ROM中的程序。 - **UnionFS**：联合文件系统，允许将多个目录挂载到同一个挂载点。 - **tmpfs**：基于内存的临时文件系统。 - **NFS**：网络文件系统，允许通过网络访问文件。 ### 2. 配置NuttX文件系统 在NuttX中，文件系统的配置主要通过menuconfig工具（基于Kconfig）完成。以下是一些关键配置选项： - 启用文件系统：`CONFIG_DISABLE_MOUNTPOINT` 设置为 `n`（默认启用）。 - 选择支持的文件系统类型：例如，`CONFIG_FS_FAT`、`CONFIG_FS_ROMFS`等。 - 配置最大打开文件数：`CONFIG_NFILE_DESCRIPTORS`。 - 配置文件系统缓冲区：`CONFIG_FAT_SECTOR_SIZE`等。 ### 3. 使用NuttX文件系统 使用NuttX文件系统通常包括以下步骤： - **初始化块设备驱动**：首先需要初始化底层存储设备（如SD卡、SPI Flash等）的驱动程序。 - **注册块设备**：使用`register_blockdriver`将块设备驱动注册到系统。 - **格式化文件系统**（可选）：如果设备是新的，可能需要格式化（如使用`mkfatfs`命令）。 - **挂载文件系统**：使用`mount`函数将文件系统挂载到指定路径。 - **使用标准文件操作**：使用open、read、write、close等函数操作文件。 ### 4. 示例代码 以下是一个简单的示例，展示如何在NuttX中挂载FAT文件系统并创建一个文件。 ```c #include <nuttx/config.h> #include <sys/mount.h> #include <stdio.h> #include <errno.h> #include <fcntl.h> int main(int argc, char *argv[]) { int ret; const char *source = "/dev/mmcsd0"; // 块设备路径 const char *target = "/mnt/sdcard"; // 挂载点 // 挂载文件系统 ret = mount(source, target, "vfat", 0, NULL); if (ret < 0) { printf("Mount failed: %d\n", errno); return 1; } // 在挂载点下创建文件 int fd = open("/mnt/sdcard/test.txt", O_WRONLY | O_CREAT); if (fd < 0) { printf("File creation failed: %d\n", errno); umount(target); // 卸载 return 1; } // 写入数据 char *data = "Hello, NuttX!"; ret = write(fd, data, strlen(data)); if (ret < 0) { printf("Write failed: %d\n", errno); } // 关闭文件 close(fd); // 卸载文件系统 umount(target); return 0; } ``` ### 5. 代码解释 - **挂载文件系统**：使用`mount`函数，指定块设备源（`source`）、挂载点（`target`）、文件系统类型（如"vfat"）和其他选项（这里为0）。 - **创建文件**：使用`open`函数创建文件，模式为`O_WRONLY | O_CREAT`（只写并创建）。 - **写入数据**：使用`write`函数将字符串写入文件。 - **清理**：关闭文件描述符并使用`umount`卸载文件系统。 ### 6. 注意事项 - 在挂载文件系统前，确保块设备已经正确初始化和注册。 - 文件系统类型必须与设备上实际的文件系统匹配（例如，如果设备是FAT格式，则使用"vfat"）。 - 使用`umount`卸载文件系统前，确保所有打开的文件都已关闭。 ### 7. 高级特性 - **VFS（虚拟文件系统）**：NuttX通过VFS层抽象了不同文件系统的操作，使得应用程序可以通过统一的接口访问各种文件系统。 - **文件系统驱动**：开发者可以实现自定义的文件系统驱动，通过注册到VFS来扩展支持。 - **多文件系统支持**：可以同时挂载多个不同类型的文件系统。 ### 8. 调试 如果遇到问题，可以检查： - 块设备是否正确初始化。 - 挂载路径是否存在（不存在需要先创建）。 - 文件系统类型是否支持并已配置。 - 存储设备是否有损坏。 ### §§相关问题§§: 1. NuttX中如何实现自定义文件系统？ 2. 如何在NuttX中使用SPI Flash和SmartFS文件系统？ 3. NuttX文件系统如何支持掉电保护？ 4. NuttX中如何配置和使用网络文件系统（NFS）？</think>### NuttX 文件系统介绍 NuttX 是一个轻量级实时操作系统（RTOS），其文件系统设计兼顾了嵌入式系统的资源限制和实时性要求。它支持多种文件系统类型，并通过 **虚拟文件系统（VFS）** 层提供统一的 POSIX 接口。以下是核心特性： --- #### 1. **支持的文件系统类型** | 类型 | 特点 | |-------------|----------------------------------------------------------------------| | **ROMFS** | 只读文件系统，代码直接链接到固件中，无额外存储开销 | | **FAT** | 支持 FAT12/16/32，兼容 SD 卡/U 盘等存储设备 | | **NXFFS** | 专为 NOR Flash 设计，支持损耗均衡和掉电保护 | | **SmartFS** | 针对 SPI Flash 优化，支持元数据管理和快速挂载 | | **BINFS** | 直接执行 ROM 中的二进制文件 | | **PROCFS** | 虚拟文件系统，实时展示系统状态（如 `/proc/meminfo`） | | **TMPFS** | 内存文件系统，临时数据存储 | | **NFS** | 网络文件系统，支持远程挂载 | --- #### 2. **核心架构：VFS 层** ```c /* VFS 操作示例（简化版） */ #include <fcntl.h> int main() { int fd = open("/data/test.txt", O_RDWR); // 通过 VFS 统一路径访问 write(fd, "Hello NuttX", 11); close(fd); return 0; } ``` - **统一接口**：所有文件系统通过 `/path` 格式访问，底层差异对应用透明。 - **驱动抽象**：通过 `struct file_operations` 实现文件操作函数表。 --- #### 3. **关键配置（通过 menuconfig）** ```bash # 启用文件系统支持 CONFIG_DISABLE_MOUNTPOINT=n # 选择文件系统类型 CONFIG_FS_FAT=y # 启用 FAT CONFIG_FS_ROMFS=y # 启用 ROMFS # 设置资源限制 CONFIG_NFILE_DESCRIPTORS=16 # 最大打开文件数 CONFIG_FAT_SECTOR_SIZE=512 # FAT 扇区大小 ``` --- #### 4. **挂载流程示例** ```c #include <nuttx/fs/fs.h> void init_filesystem() { // 1. 注册块设备驱动（如 SD 卡） struct block_driver *sd_drv = ...; register_blockdriver("/dev/mmcsd0", sd_drv); // 2. 挂载 FAT 文件系统 int ret = mount("/dev/mmcsd0", "/mnt/sdcard", "vfat", 0, NULL); if (ret < 0) { /* 错误处理 */ } // 3. 访问文件 FILE *fp = fopen("/mnt/sdcard/data.log", "w"); } ``` --- #### 5. **特殊文件系统** - **PROCFS**： ```bash cat /proc/version # 输出：NuttX 12.0.3 x86_64 ``` - **BINFS**： 将应用程序二进制文件放入 ROMFS，直接通过路径执行（如 `/bin/app`）。 --- #### 6. **性能优化特性** - **缓冲区管理**： 通过 `CONFIG_FAT_FFCACHE` 配置 FAT 文件缓存。 - **掉电保护**： NXFFS/SmartFS 使用日志式写入防止数据损坏。 - **最小资源占用**： ROMFS 无运行时内存开销，FAT 可裁剪缓存大小。 --- ### 典型应用场景 1. **固件资源存储**：使用 ROMFS 存储网页/配置文件。 2. **数据记录**：FAT 文件系统写入 SD 卡。 3. **实时监控**：PROCFS 提供系统运行时状态。 4. **OTA 更新**：SmartFS 管理 Flash 中的固件分区。 --- ###
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