物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)特點(diǎn)淺析

廖小健　肖恰　吳恒

摘 要 在物聯(lián)網(wǎng)終端中引入操作系統(tǒng)后基本不用考慮終端設(shè)備的物理硬件配置，只需根據(jù)操作系統(tǒng)提供的編程接口編寫應(yīng)用程序，就可以運(yùn)行在所有基于物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的智能終端上。一旦把硬件功能剝離出來，通過軟件的變動(dòng)，可以使得整個(gè)系統(tǒng)的功能大大擴(kuò)充。就如Android操作系統(tǒng)對(duì)于智能手機(jī)最大的貢獻(xiàn)就在于，實(shí)現(xiàn)了終端設(shè)備硬件和軟件的分離，從而解決了軟件和硬件強(qiáng)耦合造成的問題，推動(dòng)了消費(fèi)類電子產(chǎn)品的飛速發(fā)展。

關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng) 操作系統(tǒng) 嵌入式 實(shí)時(shí)性

中圖分類號(hào)：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

物聯(lián)網(wǎng)終端市場(chǎng)將會(huì)是數(shù)倍于以人口為基數(shù)的個(gè)人移動(dòng)終端市場(chǎng)。物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)也產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)百花齊放的競爭態(tài)勢(shì)，微軟、谷歌等國際巨頭以及阿里、華為、慶科等國內(nèi)企業(yè)紛紛推出自己的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)。如谷歌的Brillo、華為公司的Huawei LiteOS 等，它們各有特色。物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)和智能手機(jī)操作系統(tǒng)不同，它具備物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域的一些獨(dú)有的特點(diǎn)，本文剖析了沒有引入操作系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的不足之處及物聯(lián)網(wǎng)的操作系統(tǒng)應(yīng)該具有的技術(shù)特點(diǎn)。

1當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備存在的不足

（1）硬件不能升級(jí)，而且硬件設(shè)計(jì)難以復(fù)用。

（2）軟件的開發(fā)與硬件緊密相關(guān)，軟件開發(fā)過程中要編寫硬件的操作代碼，這加大的軟件開發(fā)的難度。

（3）物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備定制程度高，原有的軟硬件資源又難復(fù)用，使得物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的開發(fā)周期過長、開發(fā)成本居高不下。

這些都影響了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的最基本功能，與Android操作系統(tǒng)在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的地位和作用類似，都是實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備硬件和軟件的分離，從而解決了軟件和硬件強(qiáng)耦合造成的問題，從而縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)除了具有這些最基本功能，還應(yīng)有其獨(dú)有的技術(shù)特點(diǎn)。

2物聯(lián)網(wǎng)的操作系統(tǒng)應(yīng)該具有的技術(shù)特點(diǎn)

2.1實(shí)現(xiàn)多終端設(shè)備間的協(xié)同工作

物聯(lián)網(wǎng)終端不同于智能手機(jī)，其單個(gè)設(shè)備的功能往往比較有限，給人以功能單一的印象。但多個(gè)設(shè)備協(xié)同工作時(shí)，可以發(fā)展出豐富的應(yīng)用場(chǎng)景，甚至給應(yīng)用場(chǎng)景帶來了無限的可能。由此可見物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景更多是依靠設(shè)備之間的協(xié)同工作來滿足用戶需求。所以物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)必須支持多設(shè)備的交互關(guān)聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)用戶所需的特定功能。

2.2內(nèi)核尺寸富有彈性，能夠滿足終端設(shè)備碎片化的需求

物聯(lián)網(wǎng)終端形形色色，呈現(xiàn)出碎片化的特征，小到門鎖、追蹤卡、手環(huán)，大到汽車、冰箱等，這些終端上運(yùn)行的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)內(nèi)核尺寸可能從10幾K到幾百K，甚至M級(jí)。內(nèi)核尺寸這樣大的跨度要求操作系統(tǒng)的內(nèi)核要有極高的縮放性，以適應(yīng)各種應(yīng)用場(chǎng)景。

2.3內(nèi)核實(shí)時(shí)性要強(qiáng)，能在預(yù)期的時(shí)間內(nèi)給出響應(yīng)

由于物聯(lián)網(wǎng)擔(dān)負(fù)著萬物互聯(lián)的重任。在一些特殊的互聯(lián)領(lǐng)域?qū)憫?yīng)的速度要較高的要求，一些特殊場(chǎng)合的響應(yīng)速度要求極為苛刻。如交通領(lǐng)域，醫(yī)療領(lǐng)域等，這些領(lǐng)域的關(guān)鍵性響應(yīng)，必須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成，否則將造成嚴(yán)重的不良后果。而物聯(lián)網(wǎng)終端的實(shí)時(shí)性取決于物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)必須具有強(qiáng)的實(shí)時(shí)性。

2.4內(nèi)核能支持終端擴(kuò)展升級(jí)的需求

目前的物聯(lián)網(wǎng)終端一旦增加一個(gè)新的硬件，必須編寫對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，然后重新編譯內(nèi)核，這限制了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的內(nèi)核，應(yīng)該設(shè)計(jì)成一個(gè)框架，這個(gè)框架定義了一些接口和規(guī)范，只要遵循這些接口和規(guī)范，就可以很容易的在操作系統(tǒng)內(nèi)核上增加新的硬件實(shí)現(xiàn)新的功能。

2.5內(nèi)核應(yīng)足夠穩(wěn)定和安全

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境具有自動(dòng)化程度高、人為干預(yù)少的特點(diǎn)，這要求物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的內(nèi)核必須足夠可靠，以支撐長時(shí)間的穩(wěn)定運(yùn)行。隨著越來越多的設(shè)備連接到物聯(lián)網(wǎng)中，對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的依賴性將不斷增大。如果設(shè)備不安全，這種依賴將導(dǎo)致物聯(lián)網(wǎng)存在重大的安全隱患，使設(shè)備很容易遭到攻擊和破壞。所以穩(wěn)定性和安全性是物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)不可或缺的組成部分。

2.6內(nèi)核任務(wù)調(diào)度滿足低功耗的要求

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展基于硬件的低功耗設(shè)計(jì)達(dá)到了比較好的效果，但隨著半導(dǎo)體技術(shù)瓶頸的出現(xiàn)，硬件的低功耗設(shè)計(jì)變得越來越難。在物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)中必須包含的功耗策略模塊，提供多種功耗管理策略，通過對(duì)調(diào)度算法、外圍設(shè)備管理實(shí)現(xiàn)軟件的低功耗設(shè)計(jì)。

物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的引入能夠解決原來軟硬件強(qiáng)耦合帶了的制約物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的問題，但并不是所有的操作系統(tǒng)都是物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，滿足上述六個(gè)特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)軟硬件分離，支持物聯(lián)網(wǎng)終端碎片化特征，支持本地多個(gè)終端協(xié)同操作的操作系統(tǒng)，同時(shí)解決物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的三個(gè)不足之處，才算是未來物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的發(fā)展方向。