Jrinx

什么是 Jrinx？

Jrinx 是一个基于 RISC-V 的 ARINC 653 多分区操作系统。其命名来自于 ARINC 653 与 JOS。

为什么提到了 ARINC 653：ARINC 653 是航空电子领域中的一个标准，定义了多分区操作系统的核心服务。本项目的目标是在 RISC-V 上实现 ARINC 653 的部分核心服务，为在 RISC-V 上建设 ARINC 653 多分区操作系统探路。

为什么提到了 JOS：作者 @Coekjan 在本科时期学习操作系统时，完成了 MOS（北京航空航天大学《操作系统》课程设计），而 MOS 的前身是 JOS。为致敬 JOS，本项目名以字母 J 开头。

快速开始

环境准备

• 安装基础构建工具 GNU/Make、GNU/Bash
• 安装 Python 3、PyYAML。
• 安装 RISC-V 64 位工具链。
• 安装 QEMU for RISC-V 64 bit。

编译 Jrinx

克隆本代码仓库到本地，并进入仓库根目录，然后执行：

$ make

以调试模式构建 Jrinx，或执行：

$ make release

以发布模式构建 Jrinx。

运行 Jrinx

可执行（可按实际设置恰当的环境变量 CROSS_COMPILE 来指定交叉编译器）：

$ make run

以在 QEMU 中直接运行 Jrinx，此时 Jrinx 将因没有需要调度的分区，而在初始化后停机。

为让 Jrinx 调度分区、进程，可指定 SYSCONF 环境变量，其值为某个系统配置文件的路径（系统配置文件均位于 sys-conf 下），使 Jrinx 依据该系统配置文件来调度分区、进程。例如：

$ make run SYSCONF=./sys-conf/ping-pong.yml

另外，还可通过指定 BOARD 环境变量切换运行平台，目前仅支持 virt（默认选项）与 sifive_u 这两个平台。

项目目录结构

.
├── .vscode/
├── docs/               # 项目文档
├── include/            # 头文件集
├── kern/
│   ├── boot/           # 内核启动
│   ├── chan/           # 分区间通信
│   ├── comm/           # 分区内通信
│   ├── drivers/        # 设备树解析与设备驱动
│   ├── lib/            # 内核函数库
│   ├── lock/           # 锁
│   ├── mm/             # 内存管理
│   ├── multitask/      # 分区、进程、调度管理
│   ├── tests/          # 内核单元测试集
│   ├── traps/          # 异常、中断处理
├── lib/                # 公共函数库
├── opensbi/            # OpenSBI 依赖
├── scripts/            # 项目脚本集
├── sys-conf/           # 系统配置文件集
├── tests-conf/         # 测试配置文件集
├── user/               # 用户程序集
├── .clang-format       # Clang 格式化配置文件
├── .editorconfig       # 编辑器配置文件
├── .gitignore
├── .gitlab-ci.yml      # GitLab CI 配置文件
├── .gitmodules
├── Dockerfile          # CI 使用的 Docker 镜像
├── jrinx.logo          # Jrinx 的 LOGO
├── kern.ldS            # 内核链接脚本
├── Makefile            # 项目根目录的 Makefile
└── README.md           # 本文件

现已基本实现的 ARINC 653 核心服务

• 分区管理：
  • GET_PARTITION_STATUS
  • SET_PARTITION_MODE
• 进程管理：
  • GET_PROCESS_ID
  • GET_PROCESS_STATUS
  • CREATE_PROCESS
  • SET_PRIORITY
  • SUSPEND_SELF
  • SUSPEND
  • RESUME
  • STOP_SELF
  • STOP
  • START
  • DELAYED_START
  • LOCK_PREEMPTION
  • UNLOCK_PREEMPTION
  • GET_MY_ID
  • INITIALIZE_PROCESS_CORE_AFFINITY
  • GET_MY_PROCESSOR_CORE_ID
  • GET_MY_INDEX
• 时间管理：
  • TIMED_WAIT
  • PERIODIC_WAIT
  • GET_TIME
  • REPLENISH
• 分区间通信：
  • CREATE_SAMPLING_PORT
  • WRITE_SAMPLING_MESSAGE
  • READ_SAMPLING_MESSAGE
  • GET_SAMPLING_PORT_ID
  • GET_SAMPLING_PORT_STATUS
  • CREATE_QUEUING_PORT
  • SEND_QUEUING_MESSAGE
  • RECEIVE_QUEUING_MESSAGE
  • GET_QUEUING_PORT_ID
  • GET_QUEUING_PORT_STATUS
  • CLEAR_QUEUING_PORT
• 分区内通信：
  • CREATE_BUFFER
  • SEND_BUFFER
  • RECEIVE_BUFFER
  • GET_BUFFER_ID
  • GET_BUFFER_STATUS
  • CREATE_BLACKBOARD
  • DISPLAY_BLACKBOARD
  • READ_BLACKBOARD
  • CLEAR_BLACKBOARD
  • GET_BLACKBOARD_ID
  • GET_BLACKBOARD_STATUS
  • CREATE_SEMAPHORE
  • WAIT_SEMAPHORE
  • SIGNAL_SEMAPHORE
  • GET_SEMAPHORE_ID
  • GET_SEMAPHORE_STATUS
  • CREATE_EVENT
  • SET_EVENT
  • RESET_EVENT
  • WAIT_EVENT
  • GET_EVENT_ID
  • GET_EVENT_STATUS
  • CREATE_MUTEX
  • ACQUIRE_MUTEX
  • RELEASE_MUTEX
  • RESET_MUTEX
  • GET_MUTEX_ID
  • GET_MUTEX_STATUS
  • GET_PROCESS_MUTEX_STATE

未来需要做的事情

• 对内核的上下文切换、时钟中断等关键功能进行实时性分析，并做针对性优化
• 支持周期进程、进程 deadline 检测等
• 完整实现 ARINC 653 定义的所有核心服务
• 支持多核场景下的分区、进程调度
• 支持更丰富的外设