Xerintosh

运行在 M5Stick-C (ESP32-PICO) 上的嵌入式操作系统，搭载自研 Xeros 微内核 v3.0.0

开发者: Bonerush | 版本: Xeros Kernel v3.0.0 | 目标硬件: M5Stick-C (ESP32-PICO)

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特性概览

Xeros 自研微内核

• 抢占式双核 SMP 调度器（RR + FIFO 优先级桶）
• Xtensa call0 ABI 汇编上下文切换
• 完整的同步原语：spinlock、递归 mutex (PI)、信号量、消息队列、事件组
• Linux 风格 VFS：/proc/、/sys/、/dev/、/sys/gpio/
• 内置交互式 Shell，66+ 命令，Tab 补全
• Tickless idle 省电模式
• MPU 栈溢出检测与看门狗

UI 框架

• 基于 C 结构体的面向对象菜单系统

• 80x160 LCD 渲染，支持脏矩形优化

• 缓动动画、弹簧动画、退场沙漏动画

• 中文字体渲染支持

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  • 上图是该框架在M5stickc平台上的根菜单显示。

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  • 上图是该框架在M5stickc平台上的设置菜单显示。

应用层

• 串口监视器与串口输入
• WiFi 扫描/连接管理
• 固件 OTA/串口烧录器
• ADC 示波器
• 任务管理器
• 系统设置（亮度、动画、波特率、屏幕方向）
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  • 上图是该框架在M5stickc平台上的串口监视器显示。
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  • 上图是该框架在M5stickc平台上任务管理器显示。

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硬件要求

组件	规格
设备	M5Stick-C
SoC	ESP32-PICO (Xtensa LX6 双核 @ 240 MHz)
Flash	4MB
屏幕	80x160 SPI LCD
电源管理	AXP192 PMIC

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快速开始

环境准备

1. 安装 PlatformIO
2. 克隆项目：

   git clone https://github.com/your-username/Xerintosh.git
   cd Xerintosh

构建与烧录

# 使用 Xeros 原生内核构建（推荐）
pio run -e m5stick-c-native

# 烧录到设备
pio run -e m5stick-c-native -t upload

# 串口监控
pio device monitor -b 115200

运行测试

# 桌面 Native 单元测试（无需硬件）
pio test -e native

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构建环境

Environment	目标	后端	说明
m5stick-c	M5Stick-C 硬件	FreeRTOS	兼容模式
m5stick-c-native	M5Stick-C 硬件	Xeros 原生调度器	推荐使用
native	桌面 x86_64	POSIX 桩	单元测试

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项目架构

Xerintosh/
├── src/                    # 主源代码
│   ├── kernel/             # Xeros 自研内核
│   │   ├── devices/        # 内核设备（ttyS0、fb0、input0、pwrkey）
│   │   └── esp32/          # ESP32 原生后端（汇编上下文切换、IPI）
│   ├── hal/                # 硬件抽象层
│   ├── ui/                 # UI 框架
│   ├── app/                # 应用层
│   └── fonts/              # 中文字体
├── test/                   # 60+ 单元测试（GoogleTest）
├── tools/                  # 调试工具
├── doc/                    # 技术文档
├── platformio.ini          # PlatformIO 配置
└── CMakeLists.txt          # ESP-IDF CMake 入口

四层架构

层级	目录	职责
内核	src/kernel/	任务管理、调度、IPC、VFS、Shell
HAL	src/hal/	显示、输入、电源、UART 驱动
UI	src/ui/	菜单树、动画、渲染
App	src/app/	业务应用模块

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内核子系统

子系统	关键文件	功能
任务管理	kern_task*.c/h	TCB、生命周期、挂起/恢复/通知
调度器	kern_sched*.c/h	抢占式 RR + FIFO 调度
同步 IPC	kern_sync.c/h, kern_ipc.c/h	mutex、信号量、消息队列
内存管理	kern_kmalloc.c/h	内核堆分配器
VFS	kern_vfs.c/h	虚拟文件系统
Shell	kern_shell*.c/h	交互式 Shell
SMP	kern_smp.c/h	双核调度、IPI
定时器	kern_timer.c/h	软件定时器
调试	kern_debug.c/h, kern_stats.c/h	调度追踪、运行时统计

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调试工具

xeros_debug.py

自研 Python 串口调试工具：

# 基本连接
python tools/xeros_debug.py

# 实时日志
python tools/xeros_debug.py --log

# SMP 核状态采样
python tools/xeros_debug.py --smp

# Tickless 统计
python tools/xeros_debug.py --tickless

# 等待特定字符串（自动化测试）
python tools/xeros_debug.py --wait "Boot complete"

功能：

• 串口连接 (115200 baud)
• 设备复位 (DTR/RTS)
• Shell 命令发送与输出收集
• Guru Meditation 自动检测
• 日志保存到文件

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内置 Shell 命令

通过串口访问交互式 Shell，支持 66+ 命令：

# 系统信息
help          # 显示所有命令
version       # 内核版本
uptime        # 运行时间
meminfo       # 内存使用

# 任务管理
ps            # 任务列表
kill <pid>    # 终止任务
top           # CPU 使用率

# 文件系统
ls <path>     # 列出目录
cat <file>    # 读取文件
echo <msg>    # 输出消息

# 硬件控制
brightness <0-100>  # 屏幕亮度
gpio <pin> <0/1>    # GPIO 控制

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  • 上图是该框架在链接电脑上的shell显示。

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文档

完整技术文档位于 doc/ 目录：

目录	内容
doc/index.md	知识地图（中央索引）
doc/architecture/	内核架构设计、上下文切换、调度器
doc/kernel/	内核子系统详细文档
doc/ui/	UI 框架文档
doc/app/	App 层文档
doc/tutorials/	API 模板教程
doc/refactor/	重构记录

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测试

• 框架: GoogleTest
• 测试数量: 60+ 测试文件
• 覆盖范围: 内核、UI、HAL、App 各层
• 运行方式: 桌面运行，无需硬件

pio test -e native

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技术栈

类别	技术
语言	C (内核/UI), C++ (HAL/App), Xtensa 汇编
框架	ESP-IDF, PlatformIO
显示库	LovyanGFX
JSON	cJSON
测试	GoogleTest

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关键设计决策

1. 可插拔后端: kern_port_ops_t 操作表实现 FreeRTOS/原生后端切换
2. Xtensa call0 ABI: 比窗口 ABI 更安全可靠
3. SMP 双核调度: per-CPU 独立调度器 + IPI 跨核唤醒
4. Tickless idle: 空闲时按需睡眠，节省功耗
5. Linux 风格 VFS: 统一的文件系统接口
6. C 风格 OOP: 结构体首字段嵌入实现多态

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许可证

本项目采用 MIT 许可证 - 详见 LICENSE 文件

Copyright (c) 2026 Bonerush

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相关资源与致谢

• ESP-IDF 文档
• PlatformIO 文档
• M5Stick-C 规格
• 这里感谢oled-ui-astra项目和oled-ui-astra-lite，带来的前端的设计参考。
• 同时也感谢freertos内核和linux内核的源码支持。