摘要：根據(jù)IOT設(shè)備的需求，以及IOT OS需要滿足的技術(shù)特征、現(xiàn)有IOT OS的來源，分別概述FreeRTOS、AliOS-Things、RT-Thread、Lite OS、Zephyr、Mbed OS、AWorksOS、HybridOS等8個IOT OS的特點。智能物聯(lián)網(wǎng)（AIOT，AI+IOT）是人工智能與物聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同應(yīng)用，據(jù)此分析IOT OS的發(fā)展方向。

關(guān)鍵字：物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)；IOT OS；智能物聯(lián)網(wǎng)；AIOT

1 IOT 設(shè)備特點及IOT OS特征

2016年，WindRiver（風(fēng)河系統(tǒng)公司）指出IOT設(shè)備的8大需求[1]：

不斷調(diào)整和升級的架構(gòu)（芯片？）；適應(yīng)不同種類的設(shè)備軟件；設(shè)備安全；虛擬化；性能和可靠性；聯(lián)網(wǎng)；豐富的UI；工業(yè)認證。

何小慶得出IOT OS的5大技術(shù)特征[2]

1) 管理“物”——物聯(lián)網(wǎng)邊緣節(jié)點上的嵌入式實時低功耗設(shè)備。

2) 泛在通信，無線和有線，近場和遠距離的通信方式和協(xié)議。

3) 可維護性，OTA和遠程維護。

4) 安全，設(shè)備、通信、云等的安全。

5) 云平臺，遠程管理，這是物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)和人工智能的基礎(chǔ)。

2 現(xiàn)有IOT操作系統(tǒng)

現(xiàn)行的IOT操作系統(tǒng)來源[1][3]：

1) 基于移動端操操作系統(tǒng)如Linux、Android、IOS等進行裁剪和定制，來適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備的需求。這些OS體積龐大、功耗較高，而且無法滿足安全認證和實時性等要求。

2) 傳統(tǒng)的嵌入式操作系統(tǒng)，F(xiàn)reeRTOS（亞馬遜）、RT-Thread、uCos（以前是商業(yè)收費，現(xiàn)在也開源了）、ThreadX（微軟）、VxWorks的變種。

3) 專門為IOT設(shè)計，SyberV、華為LiteOS、阿里AliOS-Things、Android Things、ARM Mbed OS。

2.1 FreeRTOS

FreeRTOS起源于英國人Richard Barry于2003年發(fā)布的開源的實時內(nèi)核，發(fā)展歷程如下。

2003~2016，傳統(tǒng)嵌入式OS。

2017成為AWS開源項目，亞馬遜增加IOT應(yīng)用組件，連接云，變?yōu)镮OT OS。

2016年，Micrium公司的μC/OS被Silicon Labs收購，出于競爭的擔(dān)心，ST和NXP等知名的嵌入式芯片公司轉(zhuǎn)向支持FreeRTOS[4]。

OS主要特點如下。

歷史悠久，開發(fā)者眾多，支持的CPU硬件架構(gòu)特別多，達35種。

FreeRTOS有一些列軟件，版本眾多，包括開源版本、授權(quán)版本、安全版本（SafeRTOS）、Amazon開源IOT OS版本。

支持AWS邊緣計算的功能（Greengrass）。

除了AWS，官方?jīng)]有支持第三方云平臺。

2.2 AliOS-Things

AliOS Things發(fā)布于2017年杭州云棲大會， 是AliOS家族旗下的、面向IoT領(lǐng)域的、高可伸縮的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)。OS主要特點如下。

支持微內(nèi)核基礎(chǔ)上的POSIX實現(xiàn)，方便程序框架/程序庫移植。

支持云端一體在線開發(fā)（靈活架構(gòu)，自組網(wǎng)），提供IOT全鏈路開發(fā)、模擬和部署支持。

支持APP獨立升級；組件化思想的多BIN或差分升級。內(nèi)核、框架層、應(yīng)用層三個獨立的BIN文件，芯片廠商可以出廠預(yù)置內(nèi)核，應(yīng)用層只關(guān)心應(yīng)用層開發(fā)，不關(guān)心硬件，方便移植。

支持可信執(zhí)行環(huán)境（csky）；支持ID2根身份證和秘鑰；支持系統(tǒng)調(diào)用。

v1.1.1集成了自研的Bone Engine，它是一套為AliOS Things優(yōu)化定制的JavaScript引擎，集成了JavaScript的編程及運行環(huán)境。

集成了IOT套件，Link Kit，Link Voice等阿里云IoT核心組件，產(chǎn)品可以訪問阿里云服務(wù)。

支持的CPU架構(gòu)一般。

2.3 RT-Thread

起源于上海睿賽德電子科技公司創(chuàng)始人和總經(jīng)理熊譜翔于2006年創(chuàng)建的RT-Thread 開源實時操作系統(tǒng)項目，發(fā)展歷程如下。

2011 年 RT-Thread 1.0 版本正式發(fā)布。

2015 年 2.0版本和現(xiàn)在名氣很大的柿餅 GUI 捆綁發(fā)布。

2017 年發(fā)布 3.0，RT-Thread 全面啟動 IoT 戰(zhàn)略 。

OS特點如下。

集成音頻，圖像相關(guān)的各類算法和智能引擎。

柿餅UI，小型、現(xiàn)代化的圖像庫。

開源、社區(qū)化、中立，開放支持第三方云。

Nano版本和IOT版本。

集成開源JerryScript引擎，支持JavaScript開發(fā)。

組件比較豐富。

混合微內(nèi)核架構(gòu)正在內(nèi)測[5]，平臺是柿餅M7的開發(fā)板，全志R11處理器，ARM Cortex-A7。

2.4 Lite OS

Huawei LiteOS是華為針對物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域推出的輕量級物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，是華為物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略的重要組成部分，具備輕量級、低功耗、互聯(lián)互通、組件豐富、快速開發(fā)等關(guān)鍵能力，為開發(fā)者提供 “一站式” 完整軟件平臺，有效降低開發(fā)門檻、縮短開發(fā)周期。發(fā)展歷程如下，走過了內(nèi)部產(chǎn)品-開源軟件-IoT 解決方案發(fā)展之路。

2012 年華為開發(fā)支持公司內(nèi)部消費產(chǎn)品的小型嵌入式操作系統(tǒng) LiteOS。

2014 和 2015 年 LiteOS 與Huawei 手機和智能手表一同出貨。

2016 年 Lite OS內(nèi)核正式開源。

2017 年發(fā)布 LiteOS IoT 解決方案（即端云解決方案）

2018 年華為加速開發(fā)步伐，發(fā)布LiteOS SDK 2.1 和 Lite OS Studio 1.0（開發(fā)環(huán)境）。

2019以后，鴻蒙OS的架構(gòu)中，LiteOS也是其內(nèi)核之一（Linux、鴻蒙、LiteOS）。

OS主要特點：

OpenCPU架構(gòu)，MCU和通信模組二合一，顯著降低終端體積和終端成本，特別適用于NB-IOT應(yīng)用場景和海思芯片，這是它的主要優(yōu)勢。

智能邊緣項目KubeEdge，名字來源于Kube + Edge，顧名思義就是依托Kubernetes的容器編排和調(diào)度能力，實現(xiàn)云邊協(xié)同、計算下沉、海量設(shè)備接入等。

AI引擎、JS引擎。

支持的CPU架構(gòu)單一。

2.5 Zephyr

Zephy是2016年由Intel、Synopsys、NXP等公司發(fā)起的開源實時操作系統(tǒng)平臺項目，現(xiàn)在由Linux基金會管理。Zephyr是一款小型且可擴展的操作系統(tǒng)，尤其適用于資源受限的硬件系統(tǒng)，可支持多種架構(gòu)。

OS特點如下：

起點很高，來自風(fēng)河的成熟代碼。

代碼結(jié)構(gòu)和Linux內(nèi)核很相似。

支持的CPU架構(gòu)豐富。

安全設(shè)計方面，支持用戶態(tài)/內(nèi)核態(tài)；支持MPU；內(nèi)核對象權(quán)限模型。

支持TEE，Armv8-M trustzone。

功能安全，打算通過IEC 61508和ISO 26262認證。

中間件豐富，支持很多協(xié)議。

2.6 Mbed OS

2014年，ARM發(fā)布了Mbed OS，試圖基于Mbed OS建立一個龐大的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)，以此來連接硬件廠商、軟件服務(wù)商、云服務(wù)商以及開發(fā)者社區(qū)。OS特點如下。

面向ARM Cortex-M系列處理器。

版本從1.0、2.0、3.0，然后直接到5.0，6.0在計劃中。

模塊化的可配置軟件棧，不配置則排除不必要的軟件組件，進而降低內(nèi)存要求。

使用C++作為程序設(shè)計語言。

在線編譯，或者導(dǎo)出工程，用其他IDE編譯，部分源碼不開放。

內(nèi)核uVisor運行在特權(quán)模式，內(nèi)核創(chuàng)建隔離的安全域，安全域?qū)?nèi)存和外設(shè)的訪問權(quán)限有限制。

支持ARM PSA架構(gòu)。

2017年ARM推出了mbed Edge，與mbed Cloud和mbed OS組成邊緣計算的 IoT 方案 。

云服務(wù)pelion 也是在國外，影響了國人的使用。

2.7 AWorksOS

AWorksOS是ZLG（周立功，廣州致遠電子）歷時12年開發(fā)的工業(yè)智能物聯(lián)開發(fā)平臺，特點如下。

AWorksOS是不開源的，內(nèi)部核心功能組件都是以庫的形式提供，相關(guān)接口通過頭文件引出。

AWorksOS以SDK方式發(fā)布，伴隨著特定開發(fā)板，SDK中包含了文檔、工具、示例代碼、模版工程等。

OS的發(fā)展，依托ZLG的AWTK開源GUI引擎。

分為“核心域”和“非核心域”，即“業(yè)務(wù)”和“技術(shù)”， 非核心域包括底層驅(qū)動、操作系統(tǒng)和組件；開發(fā)者忽略產(chǎn)品底層技術(shù)細節(jié)，專注“核心域”。

將MCU和OS的共性抽象為統(tǒng)一接口，應(yīng)用實現(xiàn)“一次編程，終生使用，跨平臺”。

支持的CPU很少，目前有ARM Cortex-M4/M7/A7，ARM9。

2.8 HybridOS

合璧操作系統(tǒng)(HybridOS)是北京飛漫軟件于 2018 年 11 月發(fā)起的一個全新的開源項目。HybridOS 的目標是為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和云計算環(huán)境打造一個全新的操作系統(tǒng)，特點如下。

2019.11.18發(fā)布了第一個組件hiCairo；2019.12.10發(fā)布了了2D/3D的圖形組件，包括hiMesa、hiDRM、hiDRMDrivers、以及hiCairo，這些和MiniGUI（最初由飛漫軟件創(chuàng)始人魏永明開發(fā)，20年的發(fā)展歷程，為 IoT 智能設(shè)備和嵌入式系統(tǒng)提供圖形界面及交互實現(xiàn)）一起組成了HybridOS的圖形棧；2020.3.29，隨著MiniGUI 5.0的發(fā)布，HybridOS也升級了圖形棧。

為IOT網(wǎng)絡(luò)中的虛擬計算節(jié)點設(shè)計，故可運行在設(shè)備端、云端、客戶端。

提供云端和客戶端的接口，以及設(shè)備端與這兩者通訊的協(xié)議棧。

支持python、JavaScipt、C/C++。

依托MiniGUI，增加數(shù)據(jù)庫，以及其它復(fù)雜的圖形處理。

2019.9.19宣布MiniGUI4.0.2支持RT-Thread，但是沒找到相關(guān)驗證的源碼。

系統(tǒng)組件是damon進程；網(wǎng)絡(luò)通信等協(xié)議棧作為系統(tǒng)的服務(wù)。

3 AI+IOT對操作系統(tǒng)提出的新課題

移動操作系統(tǒng)Android和Linux，無法滿足工業(yè)安全認證和實時性要求；傳統(tǒng)的嵌入式操作系統(tǒng)無法滿足系統(tǒng)擴展、維護和應(yīng)用的便捷需求；針對智能物聯(lián)網(wǎng)（AIOT，AI+IOT）場景的廣義的嵌入式操作系統(tǒng)和泛IOT OS技術(shù)正在探索和研究中[6]。

智能物聯(lián)網(wǎng)是2018年興起的概念[7]，是人工智能與物聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同應(yīng)用，人工智能使物聯(lián)網(wǎng)獲取感知與識別能力，物聯(lián)網(wǎng)為人工智能提供訓(xùn)練算法的數(shù)據(jù)。AIOT中系統(tǒng)通過各種信息傳感器實時采集各類信息（一般是在監(jiān)控、互動、連接情景下的），在終端設(shè)備、邊緣域或云中心通過機器學(xué)習(xí)對數(shù)據(jù)進行智能分析，包括定位、對比、預(yù)測、調(diào)度等。

AIOT中終端設(shè)備還需要具備智能特性，預(yù)計未來IOT OS會向著兩個方向發(fā)展，一是大型、復(fù)雜、可配置，二是更小、更安全、硬化，則IOT OS需要滿足如下要求。

1)云端協(xié)同/邊緣計算架構(gòu)

云端人工智能技術(shù)如何透過邊緣計算與設(shè)備節(jié)點的 IOT OS結(jié)合起來[2]；邊緣節(jié)點管理和控制該場景中各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和計算硬件[8]，同時也支撐該場景中的應(yīng)用層業(yè)務(wù)需求，提供基本的安全性。

2)人工智能，終端智能化，具備感知和交互能力

AI引擎，JS引擎，音頻、圖像算法。

3)終端虛擬化

輕量級容器。

4)功能安全

通過工業(yè)級認證，IEC 61508和ISO 26262。

5)信息安全

內(nèi)核高度安全，通過形式化認證和安全認證[9]，ARM Cortex-M33/M35P軟核通過了EAL6+

認證[10]。內(nèi)核支持用戶態(tài)/特權(quán)態(tài)；進程MPU隔離；內(nèi)核對象權(quán)限。

6)可信物聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)可信

結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)[11]，確保端到端數(shù)據(jù)可信。終端、邊緣、后端基礎(chǔ)設(shè)施（云端）、后端應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)傳遞，確?？尚拧?/p>

7)可擴展的內(nèi)核

大型、復(fù)雜、可配置：支持X86、ARM Cortex-A系列；

更小、更安全、硬化：支持極簡的MCU等資源受限的設(shè)備。

8)APP單獨管理

多BIN特征，內(nèi)核、框架層、應(yīng)用三個BIN文件，應(yīng)用層不關(guān)心硬件。

9)高級語言支持

Micropython，JavaScript。

10)豐富的UI

占用資料少、界面流暢度高。

11)OS抽象層

支持POSIX、CMSIS RTOS

作者：wangyw
文章來源：博客園

審核編輯 黃昊宇