卡我們脖子的，從來不是只有硬件

作者：邵樂峰

微內(nèi)核技術(shù)用于嵌入式領(lǐng)域尚不多見，源于輕量級實時操作系統(tǒng)的微內(nèi)核更是有著較大的開創(chuàng)性。但經(jīng)過2年多的研發(fā)，國產(chǎn)RT-Thread Smart微內(nèi)核操作系統(tǒng)憑借在資源占用、啟動時間、實時性指標上取得的優(yōu)異表現(xiàn)，打破了Vxworks、QNX等國外操作系統(tǒng)長時間以來形成的壟斷局面經(jīng)過2年多的研發(fā)，由上海睿賽德電子科技有限公司開發(fā)的RT-Thread Smart微內(nèi)核操作系統(tǒng)日前揭開了其神秘的面紗，并在資源占用、啟動時間、實時性指標上取得了優(yōu)異的表現(xiàn)，打破了Vxworks、QNX等國外操作系統(tǒng)長時間以來形成的壟斷局面。對此，中國工程院院士鄭緯民給予了充分肯定，并認為此舉對我國嵌入式基礎(chǔ)軟件的發(fā)展意義重大。

沒有最好的，只有最合適的

微內(nèi)核技術(shù)用于嵌入式領(lǐng)域尚不多見，源于輕量級實時操作系統(tǒng)的微內(nèi)核更是有著較大的開創(chuàng)性，相比于Linux，其在工業(yè)、國防、電力等行業(yè)都有著較為明顯的差異化競爭優(yōu)勢和廣泛的應用前景。

依然采用開源模式的RT-Thread Smart微內(nèi)核操作系統(tǒng)主要面向帶內(nèi)存管理單元（Memory Management Unit， MMU）的中高端處理器，具備快速啟動、POSIX接口全兼容、開發(fā)調(diào)試便利（支持RT-Thread Studio集成開發(fā)環(huán)境）、應用與內(nèi)核分離、高安全性等特性，尤其適合安防、工業(yè)、軍工、車載等行業(yè)領(lǐng)域，即便在特定的消費電子類應用中也有用武之地。

此前，RT-Thread在面對小資源場景的MCU簡單控制時主要采用nano版本，面對中等規(guī)模的IoT節(jié)點時使用IoT OS版本，加之此番推出的RT-Thread Smart微內(nèi)核操作系統(tǒng)，RT-Thread成為了為數(shù)不多的能夠同時為不同IoT應用場景提供OS的廠商。

RT-Thread創(chuàng)始人熊譜翔表示，之所以選擇研發(fā)RT-Thread Smart微內(nèi)核操作系統(tǒng)，主要是看到在相當多的應用場景中，例如網(wǎng)關(guān)多種協(xié)議間的格式轉(zhuǎn)換、安防需要快速啟動、高端處理器由于帶MMU功能復雜，Linux越來越龐大，傳統(tǒng)的IoT OS應用與內(nèi)核編譯在一起后維護代價大，容易帶來安全性問題，業(yè)界迫切需要一款更小、更快、更安全、可維護性更好的軟件開發(fā)平臺。

以安防中的IPC攝像頭為例：盡管Linux仍占主流，但RT-Thread Smart幾乎可以實現(xiàn)Linux應用100%兼容，應用移植工作量極少，并且RT-Thread Smart應用開發(fā)調(diào)試便利性大幅提升，而且啟動時間也可以控制在300毫秒內(nèi)，有圖像顯示，更加契合IPC攝像頭的現(xiàn)實需要。

RT-Thread Smart技術(shù)亮點

RT-Thread Smart定位于成為一個專業(yè)的面向?qū)崟r應用場合的高性能混合微內(nèi)核操作系統(tǒng)，填補傳統(tǒng)RTOS和大型操作系統(tǒng)Linux之間的空白，從而在實時性、成本、安全性、啟動速度等方面取得最佳的平衡。

內(nèi)核輕型化、用戶態(tài)系統(tǒng)服務(wù)以及延續(xù)RT-Thread API風格是其技術(shù)架構(gòu)，具備完善的用戶態(tài)環(huán)境，延續(xù)RT-Thread原有的生態(tài)，使用Scons構(gòu)建，并對接RT-Thread在線軟件包。同時支持POSIX，方便Linux應用的移植。

也就是說，宏內(nèi)核將應用與內(nèi)核編譯在一起，作為一個整體進行維護，優(yōu)勢在于結(jié)構(gòu)化清晰，組件間耦合性低，資源占用精煉，可進行高度定制化，但缺點是功能復雜，維護代價大，容易帶來安全性問題；而微內(nèi)核的好處是內(nèi)核輕型化，可拆卸，可重啟，安全性更好，相互之間內(nèi)存隔離。在RT-Thread Smart中，消息數(shù)據(jù)放于共享內(nèi)存空間中，以共享內(nèi)存方式解決進程與間數(shù)據(jù)地址的問題，免去數(shù)據(jù)復制開銷。同時，不同模塊進程間以消息方式傳遞數(shù)據(jù)，僅消息句柄，速度快、效率高。

看一看具體的性能表現(xiàn)：

資源占用：相對于裁剪版的Linux壓縮后內(nèi)核占用3.57MB、根文件系統(tǒng)5MB、內(nèi)存占用17.4MB來說，RT-Thread Smart壓縮后內(nèi)核只有217KB，跟文件系統(tǒng)127kB，內(nèi)存占用1.9MB。

啟動時間：使用宏內(nèi)核的方式將“RT-Thread+文件系統(tǒng)+網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧+多媒體”的啟動時間需要3~5秒，Linux啟動時間在5-10秒，而使用RT-Thread Smart啟動只需要不到500毫秒。在帶圖形系統(tǒng)的情況對比啟動時間RT-Thread Smart+柿餅UI啟動只要1.7秒，遠快于Linux的14.4秒。

實時性：中斷延時《1us，能夠滿足苛刻的高實時性場合

圖形用戶界面繼續(xù)支持RT-Thread“柿餅”UI。為了最大程度地降低上手難度，在“柿餅”中復雜的UI效果都被封裝成一個個的控件，設(shè)計人員只需通過拖—擺—輕配，就能完成整個UI效果的設(shè)計，所見即所得。同時，柿餅UI也強調(diào)快捷的開發(fā)方式，采用了美工+“前端”模式的設(shè)計理念，類似前端的小程序編程，使用JavaScript腳本語言來編寫用戶業(yè)務(wù)邏輯。

在對各種架構(gòu)處理器的支持方面，RT-Thread Smart支持采用Arm內(nèi)核的全志Cortex-A、Xilinx Zynq、樹莓派；龍芯2K（64位處理器）；RISC-V處理器（未來全志推出的RISC-V處理器也將搭載RT-Thread Smart）。同時在一站式開發(fā)工具RT-Thread Studio集成開發(fā)環(huán)境（IDE）中集成了RT-Thread Smart，進一步降低使用門檻，提升工作效率。

如前文所述，站在開源社區(qū)與商業(yè)的十字路口，RT-Thread 團隊選擇了社區(qū)，選擇了開源，采用Apache License v2.0！RT-Thread Smart代碼進行開源前的整理審查后，預計10月份開源在代碼托管平臺，而RT-Thread合作伙伴即刻可獲取到代碼及相關(guān)支持。

破生態(tài)之殤，創(chuàng)技術(shù)之新

這是RT-Thread COO鄒誠的演講主題。在他看來，包括安防和圖像、智慧城市和工業(yè)、智能家居、智能硬件在內(nèi)的AIoT市場，一方面要求智能終端具有圖形交互、應用分離與安全、邊緣計算與端云一體化、AI與多媒體化的技術(shù)趨勢，另一方面又要求智能終端具備實時性、低成本、快速啟動等特性。這就促使終端技術(shù)開發(fā)平臺必須盡快從單一的RTOS（實時操作系統(tǒng)）內(nèi)核，升級為具備豐富中間組件和軟件包的IoT OS（物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)）以提高開發(fā)效率，從多芯多OS升級為軟件和應用可復用的、統(tǒng)一的OS平臺以提升人才的管理和效率。

目前，在RT-Thread團隊及社區(qū)的持續(xù)經(jīng)營下，RT-Thread裝機量已超過6 億；Github Star數(shù)突破4600；超過10萬的開發(fā)者社區(qū)；芯片廠商支持超過80家，原生搭載超過30家；每年超過80場線上線下活動；3本中文書籍，1本英文書籍，豐富的文檔內(nèi)容；300 +軟件包；羽翼漸豐的大學計劃，超過60所高校開設(shè)課程，九所高校聯(lián)合實驗室；再加上鏈接產(chǎn)業(yè)上下游的一站式集成開發(fā)環(huán)境RT-Thread Studio，“無生態(tài)不OS”的理念正在得到持續(xù)踐行。

作為睿賽德科技合作伙伴，龍芯中科副總裁杜安利發(fā)表了題為“本體安全下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)軟硬件構(gòu)架”的演講，不但現(xiàn)場展示了RT-Thread Smart在龍芯2K1000嵌入式芯片平臺上的構(gòu)建方案，還詳細介紹了龍芯針對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場景下的應用案例，包括RT-Thread在內(nèi)的國產(chǎn)軟件平臺解決方案，對于未來關(guān)鍵工業(yè)領(lǐng)域本體安全的建設(shè)提出了系統(tǒng)級的解決方案和展望。

全志科技產(chǎn)品研發(fā)中心總經(jīng)理孫彥邦則從其多年的從業(yè)經(jīng)歷分享了產(chǎn)品應用變化到產(chǎn)品技術(shù)變化，引出智能設(shè)備的OS選擇：開源、實時、快啟動、模塊化、好的生態(tài)環(huán)境，并表示將在年底推出的RISC-V AP級應用處理器上搭載RT-Thread Smart微內(nèi)核操作系統(tǒng)以滿足多媒體+網(wǎng)絡(luò)智能設(shè)備需求，攜手RT-Thread建設(shè)更好的開源生態(tài)。

鄒誠表示，RT-Thread正憑借其靈活性、技術(shù)領(lǐng)先性，依托強大的生態(tài)，滿足產(chǎn)業(yè)AIoT自主基礎(chǔ)軟件平臺的需要，以開源為本，通過企業(yè)服務(wù)、軟件授權(quán)、增值硬件的模式實現(xiàn)商業(yè)價值，同時會探索行業(yè)解決方案賦能、平臺渠道分成、App Store模式等，推動RT-Thread的商業(yè)化。