兼容POSIX標(biāo)準(zhǔn)怎么為Swift的多線程提供底層支持？

項(xiàng)目框架

原生Swift編譯器是不支持生成Cortex-M機(jī)器指令的，但得益于LLVM框架的模塊化架構(gòu)，僅需少許Hack即可為其添加一個現(xiàn)成的Cortex-M后端。

得到了Cortex-M平臺的機(jī)器指令后，代碼實(shí)際已經(jīng)可以在該平臺上運(yùn)行，但這樣的空中樓閣用處并不大，Swift的很多高級特性還是需要底層基礎(chǔ)庫（libc, libstdc++）和基礎(chǔ)算法（比如堆的管理，線程的管理）來支持。

在實(shí)踐中，我們沒有選擇自己去實(shí)現(xiàn)所有的細(xì)節(jié)，而是選擇了Zephyr這個新興的RTOS來做底層支撐。下面逐層來介紹項(xiàng)目的框架。

硬件平臺

我們的項(xiàng)目是一個更關(guān)注應(yīng)用層開發(fā)的創(chuàng)意實(shí)現(xiàn)平臺，開發(fā)者當(dāng)然不能受到硬件性能的局限。因此我們選擇了全球性能最強(qiáng)，性價比也極高的NXP i.MX RT系列MCU作為第一款開發(fā)板芯片，其核心參數(shù)如下圖：

另外，我們外掛了32M SDRAM和16M Hyper Flash，板載DAPLink下載器，板載microSD讀卡器。這樣的硬件性能，在MCU界可以算是“頂配”了。排母外側(cè)引出了所有常用的外設(shè)，包括一組攝像頭接口，排母內(nèi)側(cè)還有完整的RGB信號輸出，無論是做熱門的視覺項(xiàng)目或者GUI項(xiàng)目，硬件性能上是有充分保障的。

下面是該模組的引腳配置圖：

Zephyr RTOS

在嵌入式底層的硬件世界，碎片化的現(xiàn)狀還將持續(xù)相當(dāng)長的一段時間，我們沒有必要與各家芯片廠的原生API甚至寄存器較勁?！坝?jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的任何問題都可以通過增加一個間接的中間層來解決”，我們的解決方案便是選用了一款兼容并包，前景無限的RTOS—Zephyr

Zephyr項(xiàng)目是一個采用Apache 2.0協(xié)議許可，Linux基金會托管的開源RTOS項(xiàng)目，于2019年4月份發(fā)布了第一個長期維護(hù)版本v1.14.0。

RTOS有上百種，為什么選擇了Zephyr這個新興的RTOS？

跨架構(gòu)，良好適應(yīng)嵌入式底層硬件的碎片化。到目前為止，Zephyr一共可以支持6種架構(gòu)：X86架構(gòu)、ARC架構(gòu)、ARM架構(gòu)、NIOS II 架構(gòu)、RISC V架構(gòu)和Xtensa架構(gòu)

純C語言編寫，代碼框架與Linux框架類似，統(tǒng)一的設(shè)備驅(qū)動模型為上層提供了一致的API接口

兼容POSIX標(biāo)準(zhǔn)，很容易為Swift的多線程提供底層支持

不僅僅是一個RTOS，承諾了各種軟件協(xié)議棧的持續(xù)加入及其可用性

巨頭的站臺及活躍的社區(qū)熱度，保障了項(xiàng)目的持續(xù)性與前景會越來越好

恩智浦i.MX RT系列芯片在Zephyr上得到了NXP官方的支持，很容易便可以將各種驅(qū)動直接拿來使用。

SwiftIO

因?yàn)橛辛薢ephyr的支持，這一層反倒變得比較簡單。

Swift可以與C無縫銜接，我們所做的僅僅是將Zephyr驅(qū)動，API用C語言打包封裝，然后套上一層Swift的外殼，僅僅是簡單的調(diào)用關(guān)系，沒有任何復(fù)雜的戲法。

我們給這一層API框架取名為SwiftIO。

至此，開發(fā)者僅需在代碼里import SwiftIO（類似C語言的#include），便可以利用其中的API來方便的操作底層硬件了。

詳細(xì)的API列表可在以下站點(diǎn)獲得：（依然在不斷地更新中）

https://madmachineio.github.io/SwiftIO/

項(xiàng)目現(xiàn)狀

到目前為止，該項(xiàng)目的Alpha版本已經(jīng)進(jìn)行了內(nèi)部測試，預(yù)計(jì)于11月發(fā)出第一版公測硬件。