物聯(lián)網(wǎng)操作系統的過(guò)去、現在和未來(lái)

　　去年年底有個(gè)大新聞就是，FreeRTOS作者加入亞馬遜AWS任首席工程師，正式推出Amazon FreeRTOS。由于A(yíng)mazon FreeRTOS基于FreeRTOS內核，嵌入式開(kāi)發(fā)者理解起來(lái)就非常容易，開(kāi)發(fā)環(huán)境本身沒(méi)有什么變化。NXP、ST這幾家物聯(lián)網(wǎng)芯片公司的開(kāi)發(fā)板都有移植好的端到端的介入，所以接受度比較高。

　RT-Thread

　　RT-Thread誕生于2006年，由國人自主開(kāi)發(fā)，是一個(gè)集RTOS內核、中間件組件和開(kāi)發(fā)者社區于一體的技術(shù)平臺，由熊譜翔先生帶領(lǐng)并集合開(kāi)源社區力量開(kāi)發(fā)而成，它已成為國內最成熟穩定和裝機量最大的開(kāi)源嵌入式操作系統。RT-Thread也是一個(gè)組件完整豐富、簡(jiǎn)易開(kāi)發(fā)、高可擴展性和高安全性的IoT OS。上海睿賽德是RT-Thread背后的服務(wù)公司，負責RT-Thread的維護、運營(yíng)和核心組件開(kāi)發(fā)等

　　睿賽德科技COO鄒誠在接受與非網(wǎng)記者采訪(fǎng)時(shí)，提到了RT-Thread的特點(diǎn)：“占用資源極小，最小資源占用：1.2KB RAM和2.5KB flash;實(shí)時(shí)性性能極好，中斷響應時(shí)間在1us以?xún)?支持芯片眾多，超過(guò)30款主流芯片;已經(jīng)建立起初步良好的軟件生態(tài)，目前軟件包當中的軟件數量超過(guò)50個(gè)?！?/p>

　　同時(shí)鄒誠還表示：“作為一個(gè)OS平臺，生態(tài)建設是一項非常耗時(shí)的工作，時(shí)間的緊迫性是我們遇到的最大瓶頸。當然，文檔和書(shū)籍的相對欠缺、相對FreeeRTOS的裝機量還比較小等都是我們不得不面對的挑戰?！?/p>

　　未來(lái)

　　去年何老師在接受媒體的采訪(fǎng)時(shí)表示：“最后能剩下的操作系統也就只有少數的幾個(gè)?！痹诒姸喈a(chǎn)品拼殺的時(shí)候，哪些特質(zhì)才是物聯(lián)網(wǎng)操作系統的關(guān)鍵所在呢?何老師總結出了六點(diǎn)特征。

　　管理物的能力：從嵌入式系統視角看，“物”是網(wǎng)絡(luò )上發(fā)送和接受信息的一個(gè)個(gè)嵌入式計算小設備(或稱(chēng)為深嵌入式系統)，比如家庭或者工業(yè)現場(chǎng)的智能傳感器?，F在嵌入式系統設計的一個(gè)共識就是降低功耗，常見(jiàn)的方法是系統盡可能快地執行，然后立即進(jìn)入睡眠模式?，F在的處理器核心架構，在低性能狀態(tài)下，可以做到基本上不消耗任何電力。

　　可伸縮和擴展性的架構：隨著(zhù) 32 位 MCU 的價(jià)格下降，Linux 又無(wú)法支持沒(méi)有 MMU 的 MCU，RTOS 理所當然地成為運行在 MCU 的物聯(lián)網(wǎng) OS 的首選，原因是基于 RTOS 的設計運行更靈活和可擴展的軟件運行在這些系統中。

　　泛在互聯(lián)網(wǎng)功能：支持物聯(lián)網(wǎng)常用的無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)通信功能，比如支持GPRS/3G/HSPA/4G 等公共網(wǎng)絡(luò )的無(wú)線(xiàn)通信功能，同時(shí)要支持 ZigBee/NFC/RFID/WiFi/Bluetooth 等近場(chǎng)通信功能，還要支持 Ethernet/CAN/USB 有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )功能，以及廣受關(guān)注的窄帶通信技術(shù)NB-IoT 和LoRa。在這些不同的物理和鏈路層接口之上的協(xié)議之間要能夠相互轉換，能夠把從一種協(xié)議獲取到的數據報文，轉換成為另外一種協(xié)議的報文發(fā)送出去，最后要能夠遷移到互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。

　　系統的安全性：物聯(lián)網(wǎng)設備中很大一部分是使用 MCU 和資源有限的微處理器，與大型設備相比，這些小型設備更容易保護，不易受同類(lèi)型威脅的攻擊，更安全。

　　云計算后臺：物聯(lián)網(wǎng)設備區別于傳統的設備的標志就是這些設備將產(chǎn)生海量的數據，如何管理和處理這些數據是擺在物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)面前的一個(gè)難題，云計算無(wú)疑是解決這個(gè)難題的最有效的技術(shù)手段。選擇支持物聯(lián)網(wǎng)系統的云計算平臺需要考慮一下的技術(shù)因素：

　　1)支持云計算和物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(Websocket、RESTful、MQTT和CoAP等)。

　　2)靈活的標準和設備管理方式。

　　3)支持安全的遠程固件升級。

　　4)Web/移動(dòng)應用開(kāi)發(fā)的能力。

　　5)高效和可靠數據存儲能力。

　　先進(jìn)的編程語(yǔ)言：用于傳統的嵌入式系統的編程語(yǔ)言多數是C和C++。因為物聯(lián)網(wǎng)設備的特點(diǎn)，互聯(lián)網(wǎng)編程技術(shù)將進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)設備，優(yōu)化后的互聯(lián)網(wǎng)編程語(yǔ)言可以低功耗的MCU上運行，比如Java、Java和Python。需要注意的是，Java總是運行在操作系統之上，所以你的選擇不是C/C++或Java兩者之一，而是C/C++和Java都會(huì )使用。

　　其實(shí)物聯(lián)網(wǎng)操作系統要有長(cháng)足的發(fā)展，與學(xué)術(shù)界、高校的合作也必不可少。畢竟高校對待技術(shù)的視角與商業(yè)界是完全不一樣的，商業(yè)公司更傾向于立竿見(jiàn)影的產(chǎn)生效益，而高校則追求把技術(shù)系統的肢解，更加利于學(xué)生學(xué)習。這點(diǎn)來(lái)說(shuō)，高校的參與會(huì )給物聯(lián)網(wǎng)操作系統的發(fā)展帶來(lái)很大的好處。

　　參考文獻

　　[1] 《嵌入式操作系統風(fēng)云錄：歷史演進(jìn)與物聯(lián)網(wǎng)未來(lái)》——何小慶著(zhù);

　　[2] 楊迪娜. 專(zhuān)家談物聯(lián)網(wǎng)操作系統的現狀與未來(lái)[J]. 單片機與嵌入式系統應用， 2017， 17(12)：5-6.

　　[3] 《嵌入式操作系統與物聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)之路》;

　　[4] 《物聯(lián)網(wǎng)操作系統》專(zhuān)題采訪(fǎng)之RT-Thread;

　　[5] 《物聯(lián)網(wǎng)操作系統》專(zhuān)題采訪(fǎng)之AliOS Things;

　　[6] 《物聯(lián)網(wǎng)操作系統》專(zhuān)題采訪(fǎng)之何小慶專(zhuān)訪(fǎng)。