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Arduino上で走るOSの作り方

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OSは日常のあらゆる場所で目にします. パソコンには必ずと言っていいほどOSが走っており, 携帯, ゲーム機などにもOSが走っております. このような普段よく使うOSですが, そのOSの仕組みを分かっていても, 実際どのように作るのかはよく知られておらず気になります.

このページでは, 実際にArduinoで動くOSを作成することで, OSの理解を深めます. 使用するプログラミング言語はC言語です. (作成といいましても, すでに在りますFreeRTOSから必要な機能を抜き出し, Arduinoで動くようにしました.) なお, 今回扱うOSは汎用OSではなくリアルタイムOS(RTOS)と呼ばれるものです. 汎用OSとは, すべてのタスクに等しく優先度が与えられますが, RTOSではタスクごとに優先度を設定できます.

話の進め方ですが, 今回のOS製作では実装に重きを置くため, コードを中心に話を進めていきます. 各コードごとに簡単な説明を行い, その中で特に重要な部分―OSの仕組みに深くかかわる部分―もしくはさらに詳しい説明については別ページで行います. これら別ページ―詳細ページ―は子コンテンツである"仕組み"にまとめられています.

話の流れは次のとおりです.

  • RTOSとは
  • 目標と使い方
  • 準備
  • ファイル構成
  • スクリプト
  • ボードの設定
  • 仕組み

対応状況

  • Arduino UNO
  • Arduino Mega

動作確認済み環境

  • Arduino IDE 1.8.10
  • Arduino AVR Boards 1.8.1
目次
  • RTOSとは

    RTOSは, 組み込み系のシステムで用いられることが多いです.

    一般OSと同様にタスクの切り替えを行う点は同じですが, タスクの切り替え規則に特色があります[1]. タスクの実行可能状態になるまでの時間の最悪値が保証されるように作られています.

  • 目標と使い方

    OSを作成するにあたって, まずこのOSの使い方を説明します. (まず, 使い方を説明することでOS完成のイメージをつかむことができます.)

  • 準備

    OSを作成するにあたっての準備を行います.

  • ファイル構成

    ここでは, 今回のOS製作で新しく作られるファイルの説明を行います.

  • スクリプティング

    ここから, OSのソースファイル, ヘッダファイルを順番に実装していきます.

    実装するファイルは次のとおりです.

    • Heap4.c
    • List.c
    • List.h
    • ArduinOS.h
    • ArduinOSConfig.h
    • ArduinOSConfigAtmega328P.h
    • ArduinOSConfigAtmega2560.h
    • Port.c
    • Portable.h
    • PortMacro.h
    • ProjDefs.h
    • Queue.c
    • Queue.h
    • Semaphore.h
    • StackMacros.h
    • Task.c
    • Task.h

    変更を加えるファイルは以下のとおりです.

    • Arduino.h
    • wiring.c
    • main.cpp

    基本的な製作の流れを踏まえつつ, 各ファイルごとに説明を行っていきます.

  • ボードの設定

    ここでは, OSをArduinoIDE上で使用できるようにします.

    するべきことは, コアフォルダの追加とボードの追加です.

  • 仕組み

    ここには, OSの仕組みに関する情報が書かれます. OSは非常に多くのことが関わっているため以下のように分けていきます.

    • メモリ管理
    • タスク管理
    • OSの設定
    • Arduino標準機能との融合
  • リファレンス

    関数一覧

  • 参考文献

    ここでは, 筆者が参考にしたページ, 資料の一覧が書かれます.

「https://contentsviewer.work/Master/Arduino/ArduinOS/ArduinOS」から取得
作品例 トラブルシューティング