物聯(lián)網(wǎng)嵌入式操作系統(tǒng)研究報(bào)告

1、物聯(lián)網(wǎng)嵌入式操作系統(tǒng)研究報(bào)告技術(shù)創(chuàng)新，變革未來(lái)目錄CONTENTS物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的時(shí)代背景物聯(lián)網(wǎng)嵌入式操作系統(tǒng)及案例物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)發(fā)展展望信息化發(fā)展已從計(jì)算機(jī)時(shí)代、互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代發(fā)展到物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，聯(lián)網(wǎng)要求由“人人相連” 變?yōu)椤叭宋锝换ァ?，物?lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)處于快速成長(zhǎng)期920世紀(jì)60年代，美國(guó)四所大學(xué)的超級(jí)計(jì)算機(jī)開始采用TCP/IP協(xié)議聯(lián)機(jī)，正式拉開了互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的序幕。經(jīng)過(guò)60余年的發(fā)展，設(shè)備網(wǎng)絡(luò)互連已 從大型計(jì)算機(jī)時(shí)代發(fā)展到個(gè)人計(jì)算機(jī)時(shí)代，我們現(xiàn)在正處于移動(dòng)計(jì)算時(shí)代和萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代的過(guò)渡階段，軟件及硬件設(shè)備發(fā)生了翻天覆地的變化， 聯(lián)網(wǎng)的要求由之前的“人與人”相連轉(zhuǎn)變?yōu)椤叭伺c人”及“人與物”相連。近十年來(lái)，

2、全球PC和智能手機(jī)的出貨量為百萬(wàn)級(jí)別，而物聯(lián)網(wǎng)的 設(shè)備連接量達(dá)到了百億級(jí)別，物聯(lián)網(wǎng)因其應(yīng)用廣泛性、用戶友好性、生態(tài)完整性而具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。機(jī)器聯(lián)網(wǎng)人人相連人物交互代表公司設(shè)備連接量大型計(jì)算機(jī)時(shí)代時(shí)代有線互聯(lián)，算力強(qiáng)大特點(diǎn)用于科研、企事業(yè)單位個(gè)人計(jì)算機(jī)時(shí)代 有線/無(wú)線互聯(lián) 互聯(lián)網(wǎng)開始普及移動(dòng)計(jì)算機(jī)時(shí)代 無(wú)線互聯(lián)，實(shí)時(shí)連接 終端設(shè)備平民化邊緣計(jì)算機(jī)時(shí)代 萬(wàn)物互聯(lián)，AI賦能 全場(chǎng)景式智能應(yīng)用IBM Apple 聯(lián)想惠普 戴爾 宏碁2010年全球出貨量峰值3.5億臺(tái)華為 AppleSamsung 小米2016年全球出貨量峰值14.7億臺(tái)華為 阿里巴巴 小米Microsoft Apple Amazo

3、n2019年全球設(shè)備連接量120億臺(tái)IBM雷明頓-蘭德數(shù)量級(jí)別為千萬(wàn)臺(tái)數(shù)據(jù)來(lái)源：IDC通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)了由1G向5G的跨越物聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備數(shù)量呈現(xiàn)指數(shù)型上漲，物聯(lián)網(wǎng)終端軟件復(fù)雜度的提升勢(shì)在必行。物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺(tái)也需要具備一套對(duì)軟件開發(fā)者更友好 的、相對(duì)統(tǒng)一的操作系統(tǒng)，使軟件開發(fā)過(guò)程從硬件開發(fā)中解耦出來(lái)。只需要基于操作系統(tǒng)，即可快速開發(fā)上層應(yīng)用。區(qū)別于傳統(tǒng)操作系統(tǒng)，物聯(lián)網(wǎng)在操作系統(tǒng)領(lǐng)域需要易拓展、跨平臺(tái)、 低成本、強(qiáng)安全、穩(wěn)連接的新要求12多終端應(yīng)具備彈性部署的能力，可應(yīng)用于不同的終端設(shè)備低成本應(yīng)具備在微小設(shè)備運(yùn)行的能力，資源耗用小，功耗小，降低硬件成本強(qiáng)安全在零碎終端上，同樣擁有足夠強(qiáng)的安全機(jī)制，保

4、障用戶設(shè)備和數(shù)據(jù)的安全云端能力在底層架構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)該具有豐富的云端接入功能，并且保持穩(wěn)定連接操作系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展對(duì)操作系統(tǒng)提出的新需求跨平臺(tái)應(yīng)具備消弭硬件平臺(tái)差異，使軟硬件開發(fā)解耦的能力物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)如果按照功能進(jìn)行分層，可以劃分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層。感知層相當(dāng)于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的五官和四肢，負(fù)責(zé)前端數(shù)據(jù) 的收集；網(wǎng)絡(luò)層相當(dāng)于神經(jīng)纖維，用于高速傳遞數(shù)據(jù)和信息；平臺(tái)層相當(dāng)于小腦和大腦，連接管理平臺(tái)確保物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)自主運(yùn)行，而操作系 統(tǒng)則確保智能應(yīng)用有運(yùn)行的基底。廣義的操作系統(tǒng)是云端PaaS平臺(tái)和端側(cè)系統(tǒng)的統(tǒng)一和融合。從市場(chǎng)分額占比來(lái)看，平臺(tái)層占有物聯(lián)網(wǎng)大約 20%市場(chǎng)。綜合技術(shù)因素和市場(chǎng)規(guī)模，

5、操作系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要一環(huán)。13感知層網(wǎng)絡(luò)層接入網(wǎng)、核心網(wǎng)、業(yè)務(wù)網(wǎng)平臺(tái)層應(yīng)用層芯片傳感器通信模組嵌入式SoC通信芯片物理傳感器RFID攝像頭 生物傳感器WIFI藍(lán)牙ZigBeeLoRa蜂窩網(wǎng)絡(luò)（34G、NB-IoT）蜂窩網(wǎng)絡(luò)非蜂窩網(wǎng)絡(luò)ZigBee、LoRa、藍(lán)牙連接管理平臺(tái)設(shè)備管理平臺(tái)應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)操作系統(tǒng)及軟件開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)智能終端可穿戴設(shè)備、智能家居、智能汽車物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成智慧樓宇、智慧城市、智能制造物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)按功能進(jìn)行分層廣義 操作系統(tǒng)上承應(yīng)用落地系統(tǒng)集成商SI應(yīng)用開發(fā)商ISV大量協(xié)議的封裝和集成 簡(jiǎn)化了程序開發(fā)API及數(shù)據(jù)服務(wù)賦能集 成商的應(yīng)用落地物聯(lián)網(wǎng)PaaS平臺(tái)端側(cè)操作系統(tǒng)對(duì)不同類型

6、處理器和模組的支持適配 下接海量終端海量 終端設(shè)備豐富應(yīng)用形態(tài)廣義操作系統(tǒng)起到承上啟下的作用廣義物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)上承落地應(yīng)用，下接海量終端傳感器 控制器 智能家居 消費(fèi)電子操作系統(tǒng)是硬件資源和軟件應(yīng)用之間的橋梁，對(duì)于復(fù)雜的底層硬件資源而言，軟件開發(fā)者必須通過(guò)操作系統(tǒng)的指令和接口進(jìn)行調(diào)用。 通過(guò)操作系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)以下幾方面的功能。盡量有效、合理地組織和管理計(jì)算機(jī)的各種軟硬件資源；合理地組織計(jì)算機(jī)的工作進(jìn)程，控制程序的執(zhí)行并在程序執(zhí)行的過(guò)程中向程序提供各種各樣的服務(wù)功能；用各種各樣的方式使得用戶能夠非常靈活、方便地使用計(jì)算機(jī)，采用各種各樣的技術(shù)使整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠高效率地運(yùn)行。狹義操作系統(tǒng)協(xié)同軟硬件資源

7、，提高終端效率14操作系統(tǒng)是軟硬件資源的分配者操作系統(tǒng)層硬件資源：CPU、內(nèi)存、I/O設(shè)備軟件資源：應(yīng)用軟件、磁盤中的信息物理機(jī)層虛擬機(jī)層配置在計(jì)算硬件上的第一層軟件， 對(duì)硬件系統(tǒng)的第一次擴(kuò)充為軟件進(jìn)程分配計(jì)算資源，決定了軟件及應(yīng)用存在的形態(tài)設(shè)備 管理作業(yè)管理文件 管理存儲(chǔ)管理操作系統(tǒng)的五大管理功能對(duì)硬件設(shè)備的管理，包括 輸入輸出設(shè)備的分配、啟動(dòng)、完成和回收對(duì)處理器進(jìn)程的管 進(jìn)程 理，將計(jì)算資源合 管理 理地分配給每個(gè)任務(wù)文件的邏輯組織和 物理組織、目錄結(jié) 構(gòu)和管理負(fù)責(zé)人機(jī)交互、 圖形界面、語(yǔ) 音控制對(duì)存儲(chǔ)空間內(nèi)數(shù)據(jù) 的結(jié)構(gòu)和組織方式 進(jìn)行管理物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)是科技巨頭的重要著力點(diǎn)，也是取得物聯(lián)

8、網(wǎng)時(shí)代戰(zhàn)略制高點(diǎn)的關(guān)鍵之一17物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)從服務(wù)連接，到服務(wù)應(yīng)用，最終目的應(yīng)該是服務(wù)于智能物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)尚處于發(fā)展早期階段，呈現(xiàn)出碎片化狀態(tài)。目前市場(chǎng)中存在著不同來(lái)源的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)：有從原有嵌入式操作系統(tǒng)改 進(jìn)而來(lái)的，也有從通用系統(tǒng)裁剪而來(lái)的，還有面向物聯(lián)網(wǎng)需要完全從零發(fā)展而來(lái)的。不同行業(yè)背景的廠商（操作系統(tǒng)大廠、硬件廠商、 云計(jì)算服務(wù)廠商等）從自身業(yè)務(wù)需求出發(fā)進(jìn)行探索。我們判斷盡管目前物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)中操作系統(tǒng)的市場(chǎng)占有率較為分散，但未來(lái)有可能出 現(xiàn)幾個(gè)壟斷具體業(yè)務(wù)場(chǎng)景或生態(tài)的主導(dǎo)型物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)。主流的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)發(fā)展歷史2003200620142015201620172018201920

9、20AWS：睿賽德科技：Arm：谷歌：谷歌：Apache基金會(huì)：Arm：Mbed Linux OS華為：微軟：Adam Dunkels翼輝信息：微軟：華為：Linux基金會(huì)：谷歌：(個(gè)人）:Contiki慶科：MiCO OS騰訊：阿里巴巴：Wind River:亞馬遜：來(lái)源：整理四大類物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，起源和發(fā)展方向各有不同29物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)尚處于發(fā)展早期階段。整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)市場(chǎng)呈現(xiàn)出碎片化狀態(tài)。目前市場(chǎng)中至少存在著四種發(fā)展來(lái)源的物聯(lián)網(wǎng)操作 系統(tǒng)：嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)及升級(jí)版、原有通用系統(tǒng)裁剪定制后適應(yīng)部分物聯(lián)網(wǎng)需求，近幾年來(lái)出現(xiàn)的專門為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的輕量級(jí)IoT OS， 以及完全從新開發(fā)的新型操作

10、系統(tǒng)。不同背景的廠商從自身需求和實(shí)際業(yè)務(wù)能力出發(fā)進(jìn)行探索。我們判斷盡管目前物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)中操作系 統(tǒng)的市場(chǎng)占有率較為分散，但未來(lái)有可能出現(xiàn)幾個(gè)壟斷應(yīng)用場(chǎng)景的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)?；诂F(xiàn)有市場(chǎng)的四類物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)3、面向物聯(lián)網(wǎng)的輕量級(jí)IoT OS代表系統(tǒng)： RT-Thread、華為 LiteOS、ARM mbedOS、AliOS Things、 Azure RTOS、Amazon FreeRTOS等 優(yōu)點(diǎn)：專門為物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)設(shè)計(jì)，聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 完善，開發(fā)包齊全；缺點(diǎn)：仍未解決物聯(lián)網(wǎng)終端碎片化和割裂的問(wèn)題。2、基于Linux、iOS、Windows等成熟操作 系統(tǒng)的裁剪代表系統(tǒng)：uclinux、win10 IOT

11、、 WatchOS、Android Things等優(yōu)點(diǎn)：軟件開發(fā)工具完善，開發(fā)者基數(shù)大； 缺點(diǎn)：原版系統(tǒng)冗余嚴(yán)重、歷史遺留問(wèn)題較 多，普遍不適應(yīng)低功耗場(chǎng)景、可擴(kuò)展性低， 需要定制化。4、下一代操作系統(tǒng)代表系統(tǒng)：谷歌Fuchsia、華為鴻蒙OS優(yōu)點(diǎn)：是對(duì)嵌入式系統(tǒng)和個(gè)人設(shè)備操作 系統(tǒng)的革命性進(jìn)化，理念為統(tǒng)一型OS， 擴(kuò)展性及移植性好；缺點(diǎn)：開發(fā)面臨的不確定性高，缺少開發(fā)者基礎(chǔ)和生態(tài)支持。1、傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)+通信協(xié)議+其 他物聯(lián)網(wǎng)功能模塊代表系統(tǒng)：SylixOS、C/OS-、Vxworks等優(yōu)點(diǎn)：更偏向硬件層，硬件推廣成本低；缺點(diǎn)：軟件開發(fā)難度高，軟硬件 耦合較嚴(yán)重，生態(tài)封閉。來(lái)源：整理各類物聯(lián)網(wǎng)

12、操作系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景有所差異30物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)按照應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)看，各類操作系統(tǒng)都有其對(duì)應(yīng)的重點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)景，而在部分場(chǎng)景中存在有多類操作系統(tǒng)可供選擇的情況?，F(xiàn)有四類物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景（舉例）操作系統(tǒng)名稱應(yīng)用場(chǎng)景傳統(tǒng)嵌入 式系統(tǒng)uClinux工業(yè)控制、無(wú)人機(jī)、因特網(wǎng)設(shè)備(路由器、交 換機(jī)、防火墻、負(fù)載均衡器等)、專用的控制 系統(tǒng)(自動(dòng)售貨機(jī)）Vxworks通信、軍事、航空航天、工業(yè)制造機(jī)器人、醫(yī)療器械、及汽車電子SylixOS航空航天、電力電網(wǎng)、軌道交通、機(jī)器人、 新能源、醫(yī)療、工業(yè)自動(dòng)化通用OS裁剪定制后Android things應(yīng)用于除手機(jī)（Android）、電視（Android TV）、車

13、機(jī)（Android Auto） 和穿戴式設(shè)備（Android Wear）之外的物 聯(lián)網(wǎng)及嵌入式設(shè)備，適用于構(gòu)建智能家居Windows 10 IoT 核心板智能建筑、IoT 網(wǎng)關(guān)、HMI、智能家居、可 穿戴設(shè)備Windows 10IoT 企業(yè)版工業(yè)平板電腦、零售服務(wù)點(diǎn)、ATM、醫(yī)療設(shè)備、制造設(shè)備、瘦客戶端操作系統(tǒng)名稱應(yīng)用場(chǎng)景輕量級(jí)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)RT-Thread智能家電、網(wǎng)關(guān)、工業(yè)物聯(lián)終端Alios things智能生活電器、智能穿戴設(shè)備、工業(yè)數(shù) 據(jù)采集設(shè)備Huawei LiteOS智能家居、攝像頭、智能水表、智能停 車、智能照明Amazon FreeRTOS使用微控制器，RAM和ROM資源較少

14、 的應(yīng)用場(chǎng)景，如工業(yè)場(chǎng)景下的傳感器、 制動(dòng)器、泵和自動(dòng)化組件統(tǒng)一操作系統(tǒng)HarmonyOS鴻蒙依次推進(jìn)從低資源硬件到高資源硬件的覆蓋，以分布式能力面向全場(chǎng)景Fuchsia可以兼容手機(jī)、PC、智能家居等物聯(lián) 網(wǎng)場(chǎng)景的統(tǒng)一操作系統(tǒng)來(lái)源：整理16代表公司亞馬遜蘋果微軟華為阿里巴巴云依托AWS的云服務(wù)：AWS IoT集成人工智能和大數(shù) 據(jù)分析能力針對(duì)硬件產(chǎn)品及場(chǎng)景的開 放平臺(tái)：Homekit 、HealthKit 、SiriKit等助力開發(fā)者應(yīng)用開發(fā)Azure 物聯(lián)網(wǎng)中心：受信任的平臺(tái)模塊 (TPM) 、 Azure IoT Hub 、 Azure Stream Anzlytics、Azure Sto

15、rage 、 Azure DocumentDB等華為云，物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)：OceanConnect阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)： 開發(fā)者服務(wù)工具IoT Studio物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)Link Market垂直行業(yè)平臺(tái)： 飛鳳、飛燕端終端AI芯片：AWS Inferentia提升AI語(yǔ)音助手效率； 操作系統(tǒng)：Free RTOS芯片：針對(duì)硬件產(chǎn)品線推出 A/T/H/S系列芯片 操作系統(tǒng)：與設(shè)備適配的iOS傳感器技術(shù)：NFC、 3D傳感器、生物信息傳感器IoT芯片：Azure Sphere系列認(rèn)證芯片 操作系統(tǒng)：Windows 10 IoT（包含核心板、企業(yè)版）IoT 芯 片 ： NB-IoT商用芯片 IoT通信模組：eL

16、TE-IoT模組 操作系統(tǒng)：LiteOS、鴻蒙OS通信芯片：LoRa芯片AI芯片：平頭哥RISC-V架構(gòu) 操作系統(tǒng)：AliOS Things我們觀察到，近年來(lái)世界范圍內(nèi)的科技巨頭都開始在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域進(jìn)行重點(diǎn)布局，雖然各家打法各有差異，但總結(jié)來(lái)看巨頭布局互聯(lián)網(wǎng)主 要關(guān)注“云+端”模式，努力構(gòu)建生態(tài)和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。在云側(cè)，以云平臺(tái)為支撐的中間件服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)和信息服務(wù)，以及在端側(cè)，以底 層軟硬件設(shè)備為基礎(chǔ)的配套組件，將會(huì)是巨頭控制物聯(lián)網(wǎng)海量終端、豐富應(yīng)用形態(tài)的兩個(gè)最好切入點(diǎn)。國(guó)際范圍內(nèi)領(lǐng)先的科技企業(yè)在物聯(lián)網(wǎng)方向的布局來(lái)源：，2020巨頭企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)布局研究全球科技巨頭正在以“云+端”模式布局物聯(lián)網(wǎng)嵌入

17、式操作系統(tǒng)Embedded Operating System31早期嵌入式開發(fā)中并沒(méi)有操作系統(tǒng)的概念，而是直接在裸機(jī)上寫簡(jiǎn)單的輪詢系統(tǒng)或前后臺(tái)系統(tǒng)。但裸機(jī)系統(tǒng)很難保證程序運(yùn)行的實(shí)時(shí)性，因 此隨著硬件水平的提升，MCU的Flash和RAM越來(lái)越滿足操作系統(tǒng)的占用，所以由嵌入式系統(tǒng)帶來(lái)的開發(fā)模塊化工具和實(shí)時(shí)響應(yīng)的優(yōu)勢(shì)反而 簡(jiǎn)化了在中大型項(xiàng)目開發(fā)中的難度，因此嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)逐漸取代裸機(jī)系統(tǒng)成為趨勢(shì)。嵌入式系統(tǒng)逐漸取代裸機(jī)系統(tǒng)，物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)發(fā)展開啟早期階段32前后臺(tái)系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)資源占用不需要分配資源給OS需要分配資源給OS（不同系統(tǒng)內(nèi)核 資源使用情況不同），內(nèi)核資源也不 同，可通過(guò)配置資源進(jìn)行配

18、置開發(fā)難度不需要學(xué)習(xí)OS的API，上手簡(jiǎn)單； 但后續(xù)開發(fā)難度提升開發(fā)者需要熟悉OS的基本操作（任 務(wù)建立、操作，任務(wù)間通信、優(yōu)先級(jí) 處理、中斷處理）實(shí)時(shí)性難以確保每個(gè)操作能夠?qū)崟r(shí)響應(yīng)， 如果一個(gè)函數(shù)花費(fèi)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間，將 使整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性下降。實(shí)時(shí)響應(yīng)，輪詢處理。實(shí)時(shí)嵌入式OS的調(diào)度算法可以最大 程度保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性；實(shí)時(shí)響應(yīng)、 實(shí)時(shí)處理?？赏卣剐浴?可維護(hù)性可拓展性差，可維護(hù)性差模塊化、結(jié)構(gòu)清晰前后臺(tái)系統(tǒng)和嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的對(duì)比幾種任務(wù)處理系統(tǒng)的對(duì)比模型事件 響應(yīng)事件 處理特點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)輪詢 系統(tǒng)主程 序主程序輪詢響應(yīng)事 件，輪詢處 理事件只適合順序執(zhí)行的功能代 碼，當(dāng)有外部事件驅(qū)動(dòng)時(shí)， 實(shí)時(shí)性就

19、會(huì)降低前后 臺(tái)系 統(tǒng)中斷主程序?qū)崟r(shí)響應(yīng)事 件，輪詢處 理事件盡管將事件的響應(yīng)和處理 分開，但事件的處理還是 在后臺(tái)內(nèi)按順序執(zhí)行的多線 程系 統(tǒng)中斷線程實(shí)時(shí)響應(yīng)事 件，實(shí)時(shí)處 理事件優(yōu)先級(jí)概念，相比前后臺(tái) 系統(tǒng)，多線程系統(tǒng)的實(shí)時(shí) 性又提升結(jié)構(gòu)是操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它定義了硬件與軟件的界限、內(nèi)核與操作系統(tǒng)其它組件（文件、網(wǎng)絡(luò)、GUI等）的組織關(guān)系、系統(tǒng)與應(yīng)用的接口。結(jié)構(gòu)是確保系統(tǒng)可靠性、靈活性、可移植性、可擴(kuò)展性的關(guān)鍵。目前嵌入式操作系統(tǒng)主要采用分層和模塊化相結(jié)合的結(jié)構(gòu)以及微內(nèi)核結(jié)構(gòu)。嵌入式操作系統(tǒng)分層模塊化的結(jié)構(gòu)決定了其可移植、可擴(kuò)展 的特征，微內(nèi)核的結(jié)構(gòu)決定了其可靠靈活的特征33嵌入式系統(tǒng)的分層模

20、塊化模式嵌入式系統(tǒng)的微內(nèi)核結(jié)構(gòu)硬 件 無(wú) 關(guān) 層分層模 塊 化同步、通信管理（消息隊(duì)列、信號(hào) 量、事件）硬件抽象層 硬件時(shí)鐘定時(shí)器管理內(nèi)存管理中斷管理調(diào)度管理差錯(cuò)處理任務(wù)管理用戶擴(kuò)展處理I/O管理應(yīng)用程序應(yīng)用編程接口硬 件 相 關(guān) 層硬 件 抽 象 層硬 件進(jìn)程服務(wù)用戶態(tài)核心態(tài)應(yīng)用程序客戶內(nèi)存服務(wù)微內(nèi)核文件服務(wù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)顯示服務(wù)發(fā)送 應(yīng)答分層模塊化帶給嵌入式系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)在于，移植工作集中于模塊化 的硬件相關(guān)層，系統(tǒng)的可移植性和可伸縮性都得到保證。微內(nèi)核的優(yōu)勢(shì)在于，可以向外提供一致接口，以及分布式系統(tǒng)支 持。但是，通過(guò)微內(nèi)核發(fā)送信息、接受應(yīng)答并解碼所花費(fèi)的時(shí)間 比進(jìn)行一次系統(tǒng)調(diào)用的時(shí)間多。嵌入式操作系

21、統(tǒng)的實(shí)時(shí)性提高系統(tǒng)性能、可移植性有效降 低研發(fā)成本，為物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)開發(fā)提供了良好基礎(chǔ)34無(wú)操作系統(tǒng)的嵌 入式算法監(jiān)控式實(shí)時(shí)操 作系統(tǒng)通用嵌入式實(shí)時(shí) 操作系統(tǒng)云端連接的操作 系統(tǒng)4-8位單片機(jī)為主8-16位嵌入式處理 器為主32位RISC微處理器32位及以上微處理 器無(wú)操作系統(tǒng)支持的裸 機(jī)以簡(jiǎn)單監(jiān)控式操作 系統(tǒng)為主代表：Vxworks、Windows CE嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò) 的連接匯編語(yǔ)言對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行 直接控制處理器種類繁多， 通用性差可運(yùn)行在不同的微 處理器上可運(yùn)行在不同的微 處理器上系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能單一， 針對(duì)性強(qiáng)用戶界面不夠友好具有豐富API和嵌 入式應(yīng)用軟件具有豐富API接口， 以及云端能力實(shí)

22、時(shí) 性內(nèi)核小高可 靠性低功 耗基于優(yōu)先級(jí)設(shè)計(jì)內(nèi)核可搶占微電量及省電系 統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)無(wú)需人工重啟存儲(chǔ)資源小適用于多種終端可移植多種處理器可配置嵌入式系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的基礎(chǔ)。嵌入式操作系統(tǒng)最初應(yīng)用于單片機(jī)，以可編程控制器的形式出現(xiàn)。從無(wú)操作系統(tǒng)支持的裸機(jī)，發(fā)展到高度 模塊化和拓展性的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）。文件和目錄管理、設(shè)備管理、多任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)、圖形用戶界面（GUI）等功能，并提供了大量的 應(yīng)用程序接口（API），使得軟件開發(fā)的難度不斷下降，自由度不斷上升。作為軟硬件資源的控制中心，以盡量合理有效的方式解決多用戶 共享下的資源。大部分的嵌入式系統(tǒng)都具有軟實(shí)時(shí)性，可移植于多種處理器，并且基于優(yōu)先級(jí)

23、設(shè)計(jì)?？偨Y(jié)而言，嵌入式操作系統(tǒng)具有多種優(yōu) 點(diǎn)，尤其適用于成本較低、計(jì)算資源不多、對(duì)實(shí)時(shí)性有要求的場(chǎng)景。嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)展的四個(gè)階段及其特點(diǎn)嵌入式操作系統(tǒng)相對(duì)于其他系統(tǒng)具備的特征雖然嵌入式軟件的代碼規(guī)模較小，但開發(fā)難度大。首先，嵌入式軟件的開發(fā)需由交叉編譯的方式完成，負(fù)責(zé)開發(fā)的宿主機(jī)平臺(tái)和負(fù)責(zé)運(yùn)行的 目標(biāo)機(jī)之間需通過(guò)物理連接或邏輯連接。其次，難度主要集中于其既涉及底層軟件的開發(fā)，又要基于操作系統(tǒng)做上層開發(fā)，極端條件下甚至 要直接開發(fā)一個(gè)新的操作系統(tǒng)。并且嵌入式開發(fā)調(diào)試的工具遠(yuǎn)沒(méi)有一般的軟件開發(fā)工具方便易用，需要具有較多的軟硬件開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。因此， 輔助軟件開發(fā)的工具軟件也具有重要分量，主要包括交叉開

24、發(fā)工具、仿真開發(fā)工具、測(cè)試工具、配置管理工具和維護(hù)工具等。嵌入式軟件開發(fā)的特性使得開發(fā)工具套件也相當(dāng)重要35嵌入式軟件開發(fā)工具的分類嵌入式軟件開發(fā)需要在宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)之間交叉開發(fā)需求分析工具（Requirement Analyst Tools）軟件設(shè)計(jì)工具（Software Design Tools）Tools ）測(cè)試工具（Test Tools ）編碼、調(diào)試工具（Software Design嵌入式軟件開發(fā)各環(huán)節(jié)的輔助工具 對(duì)應(yīng)于需求分析-軟件設(shè)計(jì)-編碼調(diào)試- 測(cè)試這4個(gè)環(huán)節(jié)宿主機(jī)硬件宿主機(jī)OS運(yùn) 行 庫(kù)宿主機(jī)開發(fā)環(huán)境編輯編譯鏈接調(diào)試目標(biāo)機(jī)硬件調(diào) 試 代 理目標(biāo)機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用軟件應(yīng)用中間件目標(biāo)

25、機(jī)OS下載燒錄開發(fā)平臺(tái) Host運(yùn)行平臺(tái) TargetC/OS-II是一個(gè)搶占式實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核。它是用ANSI標(biāo)準(zhǔn)的C語(yǔ)言編寫的，包含一小部分匯編語(yǔ)言代碼，使之可以提供給不同架構(gòu)的微處理 器使用。C/OS應(yīng)用領(lǐng)域包括：航空業(yè)、醫(yī)療器械、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及工業(yè)機(jī)器人等。 C/OS-II 具有可移植、可固化和可裁剪的優(yōu)點(diǎn)。C/OS- II內(nèi)核的主要功能是任務(wù)的調(diào)度和切換，采用搶占式調(diào)度策略，保證任務(wù)的實(shí)時(shí)性，能夠管理多達(dá)64個(gè)任務(wù)。嵌入式操作系統(tǒng)的典型代表C/OS-II36C/OS-II內(nèi)核對(duì)多任務(wù)的控制 C/OS-II的核心特征可移植性（Portable）C/OS-II的源碼用移植性很強(qiáng)的ANSI C

26、，和微處理器硬件相關(guān)的部分用匯編語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言寫的部分已經(jīng)壓到最低限度，使得 C/OS-II便于移植到大多數(shù)8位、16位、32位以至64位微處理器、 微控制器 、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）上?？晒袒≧OMable）C/OS-II為嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)，可以通過(guò)固化手段（C編譯、連接、 下載和固化）嵌入到產(chǎn)品中?？刹眉簦⊿calable）可按需通過(guò)裁剪減少產(chǎn)品中C/OS-II所需的存儲(chǔ)器空間（RAM和ROM），可剪裁性靠條件編譯實(shí)現(xiàn)。任務(wù)控制塊，保存 任務(wù)的信息狀態(tài)任務(wù)切換任務(wù)調(diào)度就緒表中斷和時(shí)鐘節(jié)拍，告 訴內(nèi)核檢查是否需進(jìn) 行任務(wù)切換空閑任務(wù)統(tǒng)計(jì)任務(wù)其他任務(wù)是否有更高優(yōu)先級(jí)查找就緒表內(nèi)核VxWork

27、s 是美國(guó) Wind River System 公司（簡(jiǎn)稱WRS，風(fēng)河公司）于1983年推出的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，憑借其運(yùn)行在目標(biāo)機(jī)上的穩(wěn)定 性能、卓越的實(shí)時(shí)性和商業(yè)公司背后專業(yè)的支持服務(wù)而廣泛應(yīng)用于通信、軍事、航空航天等對(duì)高精尖技術(shù)及對(duì)實(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)域。在近 40年的產(chǎn)品迭代升級(jí)中，VxWorks產(chǎn)品已經(jīng)走過(guò)了互聯(lián)網(wǎng)、多核設(shè)備等普及的過(guò)程，并正在逐漸向物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)轉(zhuǎn)變。VxWorks：專業(yè)商用級(jí)嵌入式操作系統(tǒng)在40年間的升級(jí)迭代37 VxWorks四十余年的產(chǎn)品迭代 VxWorks作為商業(yè)操作系統(tǒng)成功的關(guān)鍵推進(jìn)多核設(shè)備操作系統(tǒng)特定方向的增強(qiáng)為設(shè)備開發(fā)32位處理器設(shè)備中開始出現(xiàn)操作系統(tǒng)198

28、0s數(shù)字控制設(shè)備探索互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)業(yè)務(wù)1990s2000s物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)探索分布式控制與決策（云計(jì)算）2010sVxWorks 7VxWorks 6VxWorks 5VxWorks高性能微內(nèi)核Wind可裁剪的運(yùn)行軟件硬件移植 的優(yōu)越性突出網(wǎng)絡(luò)支持服務(wù) 的領(lǐng)先支持所有的實(shí)時(shí)特征：快速任務(wù)切換、中斷支持、搶 占式和時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度。微內(nèi)核設(shè)計(jì)減少了系統(tǒng)開銷， 從而保證了對(duì)外部事件的快速、確定的反應(yīng)。作為商業(yè)軟件，VxWorks提供了百余種模塊以實(shí)現(xiàn)不 同的配置。允許開發(fā)者進(jìn)行更為優(yōu)化的 VxWorks 運(yùn) 行環(huán)境配置。VxWorks提供2000 余個(gè)現(xiàn)成的板極支持包BSP；并 提供 BSP Develope

29、rs Kit，用于改變?cè)谝浦矔r(shí)依賴 于硬件的底層代碼。VxWorks 是第一個(gè)支持工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP 的實(shí)時(shí)操作 系統(tǒng)，并在對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的更新支持上保持領(lǐng)先。來(lái)源：整理VxWorks 7平臺(tái)：面向物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的全面升級(jí)38模塊化用戶能夠?qū)ο到y(tǒng)組件和協(xié)議實(shí)施高效且有針對(duì)性的升級(jí)， 無(wú)需改變系統(tǒng)內(nèi)核，從而最大限度地減少了測(cè)試和重新 認(rèn)證的工作量。連接性支持各種業(yè)界領(lǐng)先的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議， 如USB 、CAN 、 Bluetooth、FireWire和Continua以及開箱即用的高性能 組網(wǎng)功能?？缃K端性VxWorks 7平臺(tái)將微內(nèi)核與標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核融為一體，使用戶 能夠在不同類別的設(shè)備上運(yùn)用同一個(gè)RTOS基礎(chǔ)

30、，適用 范圍從小型可穿戴設(shè)備到大型組網(wǎng)設(shè)備。全套內(nèi)置安全功能，包括安全數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、防篡改設(shè)計(jì)、 安全升級(jí)、可信任引導(dǎo)、用戶以及策略管理。安全性VxWorks 7平臺(tái)的推出，預(yù)告著風(fēng)河公司正式向物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行新布局。風(fēng)河公司產(chǎn)品管理副總裁Dinyar Dastoor曾表示：“物聯(lián)網(wǎng)顯著 改變了嵌入式行業(yè)格局。 今后的RTOS不僅必須具備傳統(tǒng)的核心實(shí)時(shí)、確定性性能和可靠性，還必須提供高度互聯(lián)、全面安全、遠(yuǎn)程管理等 新能力“。除了在新平臺(tái)中加入物聯(lián)網(wǎng)功能外， VxWorks 7核心平臺(tái)還在探索物聯(lián)網(wǎng)細(xì)分場(chǎng)景的需求。 VxWorks 7平臺(tái)面向物聯(lián)網(wǎng)增加的新功能 VxWorks 7核心平臺(tái)面向物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景

31、的拓展消費(fèi)領(lǐng)域工業(yè)領(lǐng)域醫(yī)療領(lǐng)域啟動(dòng)快、內(nèi)存占用小，適用于存儲(chǔ)空間有限的設(shè) 備，如移動(dòng)手持設(shè)備、電子成像、住宅網(wǎng)關(guān)以及 寬帶接入等。為工業(yè)設(shè)備制造商提供必要的多媒體聯(lián)通性中間 設(shè)備，包括車間驅(qū)動(dòng)程序、 連接設(shè)備協(xié)議、無(wú) 線外圍設(shè)備等。平臺(tái)提供的技術(shù)方案可滿足醫(yī)療設(shè)備制造商的特 殊要求，最高可供三類醫(yī)療設(shè)備使用，通過(guò)即用 安全性與穩(wěn)定性功能來(lái)減少對(duì)開發(fā)者的挑戰(zhàn)。網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域讓客戶快速創(chuàng)建、檢測(cè)、應(yīng)用、維護(hù)和管理高品 質(zhì)網(wǎng)絡(luò)（有線和無(wú)線）基礎(chǔ)設(shè)施， 并提供安全 協(xié)議來(lái)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，適用于無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施、企 業(yè)網(wǎng)絡(luò)、核心網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)邊界、LTE和寬帶接入 設(shè)備。來(lái)源：整理小結(jié)：嵌入式操作系統(tǒng)每10年經(jīng)歷一次重

32、大技術(shù)革命，下一個(gè)10年的發(fā)展方向是為物聯(lián)網(wǎng)提供軟硬件連接支持391980S1990S2010S開發(fā)工具和實(shí)時(shí)內(nèi)核RTOS kernelRTOS集成環(huán)境和OS平臺(tái)通用和開源OS平臺(tái)2000SLinux面向移動(dòng)應(yīng)用OSAndroid面向物聯(lián)網(wǎng) 的IoT OS2020SIoT OS來(lái)源：何小慶先生的演講PPT20.0%30.0%0.0%10.0%Embedded LinuxFreeRTOS In-housecustom Debian(Linux)Ubuntu Android Windows10 IoTTexas Instruments RTOSRTXOtherscOS-Red Hat Texas

33、Instruments(DSPBIOS)Vxworks Green HillsQNXThreadX未來(lái)12個(gè)月使用的可能性每隔10年嵌入式操作系統(tǒng)都會(huì)經(jīng)歷一次重大的技術(shù)革命。80年代開始出現(xiàn)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的內(nèi)核，到了90年代這些操作系統(tǒng)逐漸開始豐富自 身，出現(xiàn)更多的組間和集成開發(fā)環(huán)境。2000年之后，通用操作系統(tǒng)開始進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域，Linux在嵌入式領(lǐng)域的影響力顯現(xiàn)。2010年左右， 基于Linux內(nèi)核的Android （包括clinux）開始在消費(fèi)類產(chǎn)品中占據(jù)最重要地位。2020年之后，面向物聯(lián)網(wǎng)的操作系統(tǒng)（IoT OS）會(huì)逐漸 脫穎而出，在應(yīng)用場(chǎng)景的豐富性和市場(chǎng)占有率上有大幅提升。嵌入式系統(tǒng)

34、每隔10年的演進(jìn)2019年嵌入式OS使用市場(chǎng)調(diào)研情況來(lái)源：何小慶先生的演講PPTThe outlook for the development of IoT OS物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)發(fā)展展望69AIoT時(shí)代的操作系統(tǒng)發(fā)展路徑很有可能區(qū)別于桌面和移動(dòng)時(shí)代70特征通用型計(jì)算系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)形式和類型看得見的計(jì)算機(jī)形式； 按體系結(jié)構(gòu)、運(yùn)算速度和結(jié)構(gòu)規(guī)模，可分為大、中、小、 微型機(jī)。看不見的計(jì)算機(jī)；形式多樣，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，按應(yīng) 用場(chǎng)景來(lái)分類。組成通用處理器、標(biāo)準(zhǔn)總線和外 設(shè)；軟件與硬件相對(duì)獨(dú)立。面向應(yīng)用的嵌入式處理器，總線 和外部接口多集成于處理器內(nèi)部；軟件與硬件集成緊密。開發(fā)方式開發(fā)平臺(tái)和運(yùn)行平臺(tái)都是通 用

35、計(jì)算機(jī)。采用交叉開發(fā)方式，開發(fā)平臺(tái)為 通用計(jì)算機(jī)（宿主機(jī)），運(yùn)行平 臺(tái)為類嵌入式系統(tǒng)（目標(biāo)機(jī)）二次開發(fā)應(yīng)用程序可重新編制一般不能再編程，或二次編程較復(fù)雜盡管桌面和移動(dòng)時(shí)代操作系統(tǒng)的發(fā)展給我們提供了很多信息和經(jīng)驗(yàn)，但AIoT時(shí)代的操作系統(tǒng)發(fā)展路徑很有可能區(qū)別于桌面和移動(dòng)端的操作系 統(tǒng)。相比于設(shè)備硬件高度相似、應(yīng)用通用性高的桌面端和移動(dòng)端，IoT OS面臨的場(chǎng)景更為復(fù)雜，設(shè)備種類更多，因此也需要更強(qiáng)的協(xié)同作業(yè) 能力。通用型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的對(duì)比以嵌入式系統(tǒng)為基礎(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)趨勢(shì)1：嵌入式系統(tǒng)以行業(yè)應(yīng)用為主，不會(huì)像桌面和移動(dòng) 端一樣存在單一或寡頭平臺(tái)；而同一行業(yè)內(nèi)有可能會(huì)形 成開放、軟

36、硬件重用、構(gòu)件兼容、維護(hù)方便和產(chǎn)業(yè)分工 的標(biāo)準(zhǔn)，以增強(qiáng)行業(yè)內(nèi)的健康發(fā)展。趨勢(shì)2：嵌入式應(yīng)用開發(fā)急需要強(qiáng)大的開發(fā)工具和操作系統(tǒng)的支持，降低開發(fā)難度，提升開發(fā)速度。趨勢(shì)3：嵌入式系統(tǒng)逐漸向可編程的新型計(jì)算模型發(fā)展。 趨勢(shì)4：在不同應(yīng)用行業(yè)領(lǐng)域，收取開發(fā)費(fèi)用和版稅的商 用型OS和不收版稅，只收技術(shù)服務(wù)費(fèi)的開源型OS會(huì)共同 存在，為建立以生態(tài)為主的行業(yè)巨頭尤其會(huì)選擇開源模 式?，F(xiàn)在和將來(lái)：AIOT時(shí)代，操作系統(tǒng)層面的角逐剛剛開始715GIoTAI算力吞吐量10-100倍的提升 時(shí)延10-100倍的下降特定算力10-100倍的 計(jì)算性能提升需求終端設(shè)備數(shù)量10-100 倍的增長(zhǎng)1、低時(shí)延要求對(duì)OS形成的

37、挑戰(zhàn)：操作系統(tǒng)成為制約整體時(shí)延的關(guān)鍵因素；OS對(duì)5G低時(shí)延的適應(yīng)與進(jìn)化；OS在數(shù)據(jù)高吞吐量下能否實(shí)現(xiàn)工作的穩(wěn)定性。3、海量終端對(duì)OS形成的挑戰(zhàn)：海量設(shè)備的差異化需求如何由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)定義和滿足多類型設(shè)備的互操作和協(xié)同如何實(shí)現(xiàn)連接設(shè)備資源從KB級(jí)到TB級(jí)的跨度；開放的IoT網(wǎng)絡(luò)如何確保海量設(shè)備的安全2、AI對(duì)OS形成的挑戰(zhàn)：OS如何統(tǒng)一調(diào)度不同類型的芯片加速器（MCUFPGASoC）以實(shí)現(xiàn)目的碎片化場(chǎng)景下，大部分終端設(shè)備的成本 和算力無(wú)法滿足AI需求的問(wèn)題如何解決AIoT時(shí)代，軟硬件的需求都發(fā)生變化，對(duì)介于軟硬件之間的操作系統(tǒng)層產(chǎn)生新需求。我們相信AIoT時(shí)代必將帶來(lái)操作系統(tǒng)層的新機(jī)會(huì)。從 軟件層

38、面，IoT OS 擁抱AI是必然，物聯(lián)網(wǎng)在異構(gòu)數(shù)據(jù)收集上天然具有優(yōu)勢(shì)，但AI在物聯(lián)網(wǎng)的整體融入則在算力和算法層面提出不小挑戰(zhàn)。 同時(shí)，5G等通信技術(shù)帶來(lái)的高吞吐和低時(shí)延對(duì)OS性能也提出了新的要求。AIoT是人-機(jī)-物高度融合的物理信息系統(tǒng)（CPS,Cyber-Physical System），操作系統(tǒng)層面面臨挑戰(zhàn)，這需要科技企業(yè)和開發(fā)者去推動(dòng)生態(tài)和技術(shù)演化之路。 5G+AIoT對(duì)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)提出的新要求IoT OS向大型（復(fù)雜可配置）和小型（安全和硬化）兩個(gè)方向進(jìn)行同步發(fā)展從第二章我們發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是硬件廠商、云計(jì)算公司還是傳統(tǒng)軟件開發(fā)商，都在積極備戰(zhàn)AIoT技術(shù)儲(chǔ)備。我們認(rèn)為操作系統(tǒng)是一家致力

39、于在 AIoT領(lǐng)域起到關(guān)鍵性作用和占據(jù)重要產(chǎn)業(yè)地位的公司所必須掌握的核心技術(shù)之一。但目前不管從技術(shù)成熟度還是應(yīng)用成熟度而言，面向 AIoT的操作系統(tǒng)發(fā)展任重道遠(yuǎn)，由此，我們提出了以下幾個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題和行業(yè)內(nèi)進(jìn)行探討：AIOT時(shí)代的新軍備：操作系統(tǒng)應(yīng)該怎么做？721、企業(yè)開發(fā)的面向物聯(lián)網(wǎng)的操作系統(tǒng)究竟應(yīng)該開源還是閉源？開源的優(yōu)勢(shì)：替軟件開發(fā)者縮減成本，迅速積累開發(fā)者的使用和支持；替硬件開發(fā)者降低系統(tǒng)適配難度；后續(xù)開發(fā)中可以借助外部開發(fā)者的力量。劣勢(shì)：對(duì)軟件缺乏掌控力，容易出現(xiàn)碎片化的版本失控情況； 軟件本身商業(yè)變現(xiàn)存疑，商業(yè)模式待探索；閉源的優(yōu)勢(shì)：加強(qiáng)企業(yè)對(duì)軟件的控制，標(biāo)準(zhǔn)化好，能夠從軟件本身獲得利

40、潤(rùn)； 劣勢(shì)：一般以犧牲市場(chǎng)占有率為代價(jià)，發(fā)展速度慢；對(duì)企業(yè)的后續(xù)服務(wù)能力提出考驗(yàn)，需要持續(xù)投入自有資源到軟 件升級(jí)優(yōu)化和開發(fā)者套件的開發(fā)中。IoT OS的發(fā)展中是否會(huì)出現(xiàn)類似于谷歌AOSP（Android開源項(xiàng)目）+GMS（谷歌移動(dòng)服務(wù)）的控制模式值得思考。當(dāng)然很有可能會(huì)產(chǎn)生軟硬件廠商更加緊密合作發(fā)展的新模式。2、面向物聯(lián)網(wǎng)的操作系統(tǒng)應(yīng)該是統(tǒng)一的還是多套系統(tǒng)共存？物聯(lián)網(wǎng)終端的碎片化和復(fù)雜度使得是否可能存在統(tǒng)一的一套系統(tǒng)值得商榷。此前并 非沒(méi)有廠商嘗試過(guò)一統(tǒng)多終端的操作系統(tǒng)，最典型的案例是微軟曾嘗試用 “OneCore”項(xiàng)目將Windows 10，Windows Server，Windows 1

41、0 Mobile和Windows 10 IoT等構(gòu)建在同一Core之上。用一套OS內(nèi)核實(shí)現(xiàn)對(duì)終端設(shè)備的全覆蓋， 目前來(lái)看是一項(xiàng)極難的挑戰(zhàn)。作為對(duì)比，目前同一廠商基本會(huì)開發(fā)幾套系統(tǒng)：RT-Thread微軟 阿里云華為RT-Thread NanoRT-Thread IoT OS小資源場(chǎng)景Azure RTOS中等資源場(chǎng)景Win10 IoT Core資源較豐富場(chǎng)景Win10 IoT for indyustryAliOS ThingsAliOSHuaWei LiteOSHarmony OS谷歌Wear OSRT-Thread Smart混 合內(nèi)核注：此處僅考慮物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)OSFuchsiaAndroid

42、ThingAndroid Auto不僅是開源閉源，統(tǒng)一操作系統(tǒng)多種OS共存的發(fā)展問(wèn)題，限制物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心因素之一，難以像手機(jī)端一樣建立硬件和軟件開發(fā)解耦合的虛擬抽象層的問(wèn)題一直無(wú)法解決。AIOT時(shí)代的新軍備：操作系統(tǒng)應(yīng)該怎么做？734、在IoT OS發(fā)展及其生態(tài)上，國(guó)內(nèi)是否可以借機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)國(guó)外的趕超？自1980s以來(lái)的嵌入式系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程中，國(guó)內(nèi)伺服器、工控場(chǎng)景對(duì) RTOS的開發(fā)需求缺失直接導(dǎo)致我國(guó)在嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)展上落后于國(guó) 外，國(guó)內(nèi)基本采用的是國(guó)外的FreeRTOS、VxWorks或嵌入式Linux等。 更不要談Windows、Android、iOS等國(guó)外研發(fā)的通用型操作系統(tǒng)在國(guó)內(nèi) 的

43、壟斷地位。但隨著近年來(lái)我國(guó)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實(shí)際需求產(chǎn)生和重視，涌現(xiàn)了一 批優(yōu)秀的IoT OS廠商和相關(guān)生態(tài)?？梢哉f(shuō)在探索物聯(lián)網(wǎng)的新系統(tǒng)和新應(yīng)用上，我國(guó)很難再?gòu)膰?guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家處獲得有效借鑒。由于軟硬件生態(tài)原因，對(duì)國(guó)外成熟操作系統(tǒng)廠商（例如微軟和谷歌）的 產(chǎn)品進(jìn)行追趕極難實(shí)現(xiàn)，但在物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展上，國(guó)內(nèi)廠商及其指定的標(biāo) 準(zhǔn)可能有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)彎道超車。3、物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)如何應(yīng)該實(shí)現(xiàn)硬件標(biāo)準(zhǔn)和軟件開發(fā)的分離？以安卓為例，在建立了硬件標(biāo)準(zhǔn)接口和用虛擬抽象層實(shí)現(xiàn)軟 硬件分離與解耦后，才使得軟件開發(fā)者只需調(diào)用OS提供的編 程接口，而無(wú)需關(guān)心硬件配置。而顯然在物聯(lián)網(wǎng)中開發(fā)這樣一層物理世界的抽象層難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于手機(jī)這一單一

44、設(shè)備。不同廠商之間從建立自身生態(tài)考慮 出發(fā)，也給物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備間的互聯(lián)互通帶來(lái)阻礙。物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一 標(biāo)準(zhǔn)的道路上還存在著大量“解耦”工作，需要通過(guò)不同層 面的操作系統(tǒng)，將硬件相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化，定制化功能通過(guò)軟件實(shí) 現(xiàn)。軟件定義物聯(lián)網(wǎng)，可能還要很長(zhǎng)的路要走。謝謝聆聽！專業(yè)術(shù)語(yǔ)解釋MCU：微控制單元（Microcontroller Unit），又稱單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer ）或者單片機(jī)，是把中央處理器（CPU）的頻率與規(guī)格做適當(dāng)縮減，并將內(nèi)存（memory）、計(jì)數(shù)器（Timer）、USB、A/D轉(zhuǎn)換、UART、PLC、DMA等周邊接口，甚至LCD驅(qū)動(dòng)電路都整合在單一芯片

45、上，形成芯片級(jí)的計(jì)算機(jī)，為不同的應(yīng)用場(chǎng)合做不同組合控制。SoC：系統(tǒng)級(jí)芯片或片上系統(tǒng)（System on a Chip），國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界一般傾向?qū)oC定義為將微處理器、模擬IP核、數(shù)字IP核和存 儲(chǔ)器（或片外存儲(chǔ)控制接口）集成在單一芯片上，它通常是客戶定制的，或是面向特定用途的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。嵌入式系統(tǒng)（Embedded system）：以應(yīng)用為中心、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。操作系統(tǒng)（Operating System，簡(jiǎn)稱OS）：管理計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源的基礎(chǔ)軟件。操作系統(tǒng)需要處理內(nèi)存管理、配置系統(tǒng)資源、 控制輸入輸出

46、設(shè)備、操作網(wǎng)絡(luò)與管理文件系統(tǒng)等基本事務(wù)。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（Real Time Operating System，簡(jiǎn)稱RTOS）：操作系統(tǒng)的一種，系統(tǒng)保證在一定時(shí)間限制內(nèi)完成。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)有硬實(shí)時(shí)和軟實(shí)時(shí)之分，硬實(shí)時(shí)要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)必須完成操作；軟實(shí)時(shí)則只要按照任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，盡可能快地完成操作即可。物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)（IoT OS）：目前對(duì)于IoT OS并無(wú)明確的統(tǒng)一定義，可以認(rèn)為其是在嵌入式基礎(chǔ)上，面向物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)和功能實(shí)現(xiàn)需 求（低功耗、通訊協(xié)議、二次開發(fā)、云端對(duì)接、高可靠等），使嵌入式系統(tǒng)具備網(wǎng)絡(luò)連接和通信能力的操作系統(tǒng)總稱。宏內(nèi)核（Monolithic kernel）：操作系統(tǒng)核心架構(gòu)的一種，特性是整個(gè)核心程序都是以核心空間（Kernel Space）的身份及監(jiān)管者 模式（Supervisor Mode）來(lái)運(yùn)行。用戶服務(wù)和內(nèi)核服務(wù)運(yùn)行在同一地址空間中。4專業(yè)術(shù)語(yǔ)解釋微內(nèi)