深度：国产嵌入式操作系统发展思考.docx

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1、嵌入式操作系统历史悠久、门类繁多、用途广泛，不仅包括嵌入式实时多任务操作者系统（RTOS）、开源的1inux、机器人和路由器操作系统，还包括新型的物联网操作系统，以及边缘计算操作系统平台。笔者认为,只要是国人开发的，国人参与维护的开源项目，都是广义上的国产嵌入式操作系统，随着中国物联网产业迅猛发展，国产装备自主可控需求旺盛，国产嵌入式操作系统发展步入快车道。1 .国产物联网操作系统颇具影响力睿赛德电子科技公司这个名字大家不是很熟悉，但是他们的产品RT-Thread在物联网和嵌入式开发者心目中是非常棒的开源软件，RT-Thread是国内目前合作和支持芯片和厂商众多、社区开发者踊跃、组件丰富、应用

2、领域广泛的国产物联网操作系统。2017年以前，RT-Thread还是一个传统的嵌入式操作系统，经过过去两年的发展，RT-Thread在缩短产品开发周期、加快端云互联对接和提升设备端软件质量等方面做了大量工作，取得显著的成效。华为1iteOS是另外一个在物联网领域颇具影响力的嵌入式操作系统。今天名气已经很大的华为可穿戴产品，比如HuaweiWatchGT,2015年开始使用1iteOSo超低功耗和超小的尺寸要求，给了1iteOS一个发展成熟的机会，到了2017年正式推出开源的物联网操作系统，1iteOS已经初具规模很快在NB-IoT领域站稳了市场，特别是OPENCPU的NB-IOT芯片和模组方案

3、里面，都有1iteOS身影。在HDC2019大会上，鸿蒙OS的当前的架构里面，1iteOS也是其内核之一（1inux、鸿蒙和1iteOS）。随着鸿蒙出现,未来1iteOS还是一个谜，但其针对IoT设备特有的素质，必将会融合进华为操作系统的布局里面。2 .开源嵌入式操作系统助力创新发展Zephyr是2016年由Inte1.SynopsysxNXP等公司发起的开源实时操作系统平台项目，现在由1inux基金会管理。项目旨在联合整个行业的领导者，构建针对资源小型受限设备，开发一个可扩展的嵌入式实时操作系统。ZePhyr虽然历史比较短，但起点很高，是发起公司和组织多年的经验教训的总结，最初的代码来自风河

4、，风河的vxworkRTOS在工业和航空航天极有影响力。Zephyr虽然只有3年的历史相对FreeRTOS和Contiki等开源RTOS,Zephyr比较完备，中间件丰富。在安全设计方面Zephyr有缜密的考量，在代码规范中，Zephyr用MISRAC;在功能安全认证上，Zephyr选择IEC61508这些功能开源嵌入式操作系统里面还没有其他项目能做到。ZePhyr有一个充满活力的国际开发社区，它和物联网操作系统中的ARMMbed0S、nuttX和RIOT比较，活跃度很高。虽然Zephyr目前在中国关注度目前比较低，但技术上产品发展思路很值得国内同行的借鉴。3 .自主可控.安全先行国产嵌入式操

5、作系统发展一个重要方向就是打造航空航天、工业装备和轨道交通、通信设备和汽车电子的自主可控的操作系统。面向装备与国防系统的嵌入式操作系统在可靠性、环境适应性、电磁兼容性、实时控制性方面都有自己的一套要求。华为在嵌入式操作系统方面的起步比较早，目前已经有基于开源的1inux自研的高可靠、高安全与高实时性的操作系统，覆盖了公司通信产品中的各个业务。华为的RTOS面向5G万物互联的物联网时代，对于操作系统安全方面的考虑尤其重视，可满足安全、可靠、自主的嵌入式实时操作系统要求。上海华元创信研发的锐华高安全嵌入式操作系统(ReWorkSCert),符合功能安全标准IEC61508SI1/SC3（通用）和E

6、N50128SWSI14（轨道交通）,是国内目前少数通过国际第三方认证公司认证的嵌入式实时操作系统。目前ReWorksCert已率先成功应用于轨道交通信号领域龙头公司卡斯柯信号有限公司的安全计算机平台中,该计算机平台已成功通过EN50126SI14等级认证。ReWorksCert有望在城市轨道交通领域获得规模化应用。4 .技术发展、标准领航嵌入式操作系统的发展离不开相关国家标准的制定，中国电子技术标准化研究院物联网中心正在着手物联网操作系统国家标准体系制订的前期研究工作。物联网操作系统的应用领域比较广泛,包括智慧城市、智能家居、交通运输、智能电网等场景，物联网操作系统标准的制定，工作需要产业和

7、学术届的支持和帮助，为物联网的标准化建设贡献力量。物联网操作系统标准制定，对于物联网产业生态建设将更为重要，期待政府出台一些政策来促进物联网操作系统的健康良性发展等。5 .嵌入式操作系统发展新趋势物联网安全需要嵌入式操作系统通过安全认证，比如医疗电子IEC60601/62304.汽车电子ISO26262、航空电子Do-178B/C和核电正C61513o老牌的嵌入式操作系统QNXsVxworkxIntegrity和SafeRTOS在安全认证起步比较早，Thread-X、uC/OS和embOS这两年也迎头赶上，开源的Zephery正在做认证的工作，将要成为首家通过安全认证的开源嵌入式操作系统。上面

8、讲到上海锐华的RTOS成功应用于轨道交通信号领域龙头公司卡斯柯信号有限公司的安全认证计算机平台中，这说明国产嵌入式操作系统已经具备安全的能力并具备相应的技术能力。嵌入式操作系统的虚拟化已经由来已久，几乎所有大的RTOS公司都有自己Hypervisor比如ENEA和风河，但是Hypervisor存在性能不高和缺少统一设备驱动的问题。随着容器技术在服务器和云计算成功采用，容器技术被证明具备应用级安全，这样轻量型容器技术受到物联网和嵌入式系统的关注。目前基于1inux轻量级容器技术研究进展比较大，比如Canonica1推出的针对物联网以及边缘计算平台UbuntuCore和它类似Docker的Snap

9、package包管理软件，以及针对IoT的支持容器技术ReSinOS（现更名为BaIenaOS）oIoT设备大量使用MCU,无法运行1inux,包括翼辉信息和华为等企业推出轻量级安全容器技术,即在它们RTOS基础上实现容器技术,已满足物联网时代安全、实时和快速布置和管理的新的需求。嵌入式操作系统的内核继续呈现百花齐放局面，基于宏内核的RTOS仍占多数。微内核技术应用在商业RTOS的历史可以追溯到90年初，比如VRTXsa,目前依然活跃在市场上代表性产品是QNX,因为实时性等因素，微内核技术在代码受限的MCU上应用很少，比如ucOS.FreeRTOS和RT-Thread都是宏内核技术。在MCU中

10、如何能享受到大型OS的一些特性，同时保留RTOS在尺寸、实时性等方面的优势呢？A1iOSThings在ARM架构CortexM和A处理器上做了有益尝试，他们实现安全、多应用、内核可靠和动态低流量升级等技术特征。AIOT应用的对传统的操作系统提出新的课题，比如可扩展的内核技术、功能安全和信息安全、边缘计算架构的支持和应用App的便捷布置和管理。传统的移动操作系统比如Android和开源的1inux无法满足功能安全认证和强实时性的需要，传统的基于宏内核的RTOS无法满足系统扩展、维护和应用便捷的需要，针对AIOT场景的广义的嵌入式操作系统和泛IoTOS技术正在探索和研究中，比如无人驾驶汽车上的操作系统技术正在吸引产业和学术界关注。6 .结束语可以预见，嵌入式操作系统和IoTOS将向大型复杂和可配置、更小更安全和硬化两个方向发展，以适应物联网和人工智能时代，计算架构和应用软件平台发展的新需求。嵌入式软件经历了80年代微处理器和硬件设计占主导地位，软件在系统中比例很低；90年代商业RTOS出现，解决了一部分软件复杂性问题;2000年之后开源软件大规模采用，开发方法发生巨大的变革；2010年之后IoT架构和应用驱动分布式实时软件回归;预计到了2023年”软件定义硬件将驱动嵌入式软件开发方法变革，包括嵌入式和IoTOS的操作系统技术将迎来新的发展机遇。