国产物联网操作系统的出路在哪里？

Posted 2021-05-13 HaaS技术社区

 

不看这几篇好文，就别说自己了解物联网

 

一、背景和现状

物联网操作系统作为操作系统的一个分支领域已经有了数十年的历史，作为应用领域最为宽广、设备数量最为巨大的应用领域，物联网操作系统并没有发展出如个人桌面应用领域Windows/Linux、移动端应用领域android/ios这样巨头式的操作系统，而是保持一种百家争鸣百花齐放的态势，但是总体而言还是国外厂商特别是美国公司的天下，比如ThreadX、FreeRTOS、vxWorks等。

如今复杂形势让我们加倍感受到国产自主操作系统的重要性，因此国产物联网操作系统也迎来了快速发展的窗口期。

 

1.1、国产物联网操作系统市场规模

根据智研咨询发布的《2021-2027年中国物联网操作系统行业市场深度分析及行业发展趋势报告》

显示：我国物联网操作系统行业增长快速，市场规模从2015年的4.58亿元增长到2019年的10.92亿元。

如图所示：

                             图1：中国物联网操作系统市场规模

 

1.2、国内物联网操作系统格局

操作系统作为物联网时代的战略制高点，国内许多企业早己展开了布局，大批的物联网操作系统己开始涌现。

例如，华为面向物联网领域开发的广泛应用于智能家居、穿戴式、工业等领域的Lite OS；阿里广泛应用在智能家居、智慧城市、新出行等领域的AliOS Things；海尔优家专为智慧家庭定制的场景生态操作系统UHomeOS；新华三自主研发的面向智慧城市、工业、农业、校园、医院、可穿戴等物联网领域的绿洲OS；广泛应用于能源、车载、医疗、消费电子等多个行业的RT-Thread；上海庆科联合阿里智能云发布的己被广泛应用于智能家电、照明、医疗、安防、娱乐等物联网应用市场的Mico OS等等。

序号	企业名称	系统名称
1	华为	HarmonyOS
2	华为	LiteOS
3	腾讯	TencentOS tiny
4	新华三	绿洲OS
5	中国移动	OneOS
6	海尔	UHomeOS
7	睿赛德	RT-Thread
8	上海庆科	MiCO IoT OS
9	翼辉信息	SylixOS
10	阿里巴巴	AliOS Things

                                                                   图2：中国物联网操作系统行业主要企业及品牌

 

二、物联网操作系统发展展望

物联网操作系统的发展和物联网行业的整体发展是不可分割，物联网行业发展呈现以下几个趋势：

• 功能需求越来越复杂
• 芯片能力越来越强
• 设备数量越来越多
• 行业竞争越来越激烈

下面就从这几个行业发展趋势来展望物联网操作系统的发展趋势。

 

2.1、如何满足功能需求愈加负责的问题？

物联网应用呈现“场景更多、应用更复杂、计算能力更强”的趋势，针对这些趋势，物联网操作系统需要解决更加碎片化的需求和更加强大的计算能力需求。

一方面针对应用场景需求增加的问题，操作系统需要更加丰富的系统能力解决各种应用场景问题，这些系统能力通过组件化的形式方便客户按需采用；另一方面为了解决计算能力要求更强特别是AI需求的问题，需要依赖云或者边缘侧强大的计算能力，将设备端的计算需求转移到云侧或者边缘侧，打造“云端一体”的操作系统。

 

2.2、如何充分发挥愈加强大的芯片的问题？

近年来随着芯片行业的发展，物联网芯片能力越来越强，主频从10MHz到1GHz、RAM从100KB到500MB不等，内核从单核到多核甚至多核异构。

为了充分发挥愈加强大的芯片的能力，也要求物联网操作系统在性能上有更好的优化，比如硬实时性、中断延迟、SMP/AMP支持等能力。

 

2.3、如何协调多设备间协同和安全的问题？

物联网设备数量每年的增幅远大于移动互联网数量的增幅，目前在城市、园区、家居中有越来越多的物联网设备，当设备数量非常大的时候会产生以下两个问题：

• 多设备之间互联的需求
• 设备的安全问题

这两个问题也是物联网操作系统需要面对解决的问题，设备的连云、设备之间的连接、连接的安全性能这些都是物联网的基础设施。

 

2.4、如何缓解行业竞争愈发激烈的问题？

随着物联网行业的蓬勃发展，物联网的从业公司和人数都越来越大，行业竞争压力更大。从业者面临着如何快速适应市场变化如何活下来的问题。这就要求物联网操作系统能够适应市场需求，可以提供更加方便和快捷的开发方式，缩短产品从开发到上市的时间，帮助从业者快速赢得市场份额。

 

                                     图3：物联网操作系统发展趋势展望

 

总之，物联网操作系统的目的在于解决物联网行业发展面临的问题。因此针对以上几个行业发展趋势，物联网操作系统发展趋势包括下面的几个方向：

• 丰富的组件：解决行业应用场景越来越发散的问题
• 云边端一体：通过“云边”的计算能力解决行业应用越来越复杂的问题
• OS性能提升和多核异构支持：解决随着芯片能力越来越强，如何赋能芯片的问题
• 万物互联：解决设备之间连接的问题
• 安全能力：解决设备安全问题
• 低代码开发和硬件积木开发：解决开发难度大，减少上市时间长的问题

 

三、AliOS Things物联网操作系统

3.1、AliOS Things介绍

AliOS Things是目前国内广泛使用的、完全自主知识产权、高可伸缩的物联网统一操作系统，致力于推进物理世界数字化、智能化的发展。具备极致性能、极简开发、云端一体、丰富组件、安全防护等关键能力，并通过接入阿里云平台聚合了阿里经济体各类服务，可广泛应用在智能家居、智慧城市、新工业、新出行等领域。AliOS Things采用友好的Apache2.0协议，在2017年通过GitHub开源第一个版本，2020云栖大会发布了4.0版本，累积赋能上亿台物联网智能设备，并于2020年捐献给开放原子开源基金会。

 

3.2、AliOS Things技术架构

AliOS Things操作系统包含从底层硬件到上层应用服务框架的完整设计，从南向北分成Hardware, Kernel, Interface, Components，Service, Application Framework, Application 7层，如下图所示：

                                                                                 图4：AliOS Things系统架构

• Hardware：目前已经支持了主流的ARM Cortex-M系列，Cortex-A系列，包括单/多核等芯片平台。对平头哥芯片（RISC-V架构）的支持也在开发中，计划在下一个OS版本中支持。
• Kernel：全新的微内核架构设计，拥有诸多的技术优势，其中包括：先进的IPC跨进程通信能力、更公平的CFS内核调度机制、高效的内存管理机制、内核对象设计、进程动态加载、卸载机制
• Interface：Interface层为用户态程序访问内核接口提供了标准、统一的接口，目前微内核OS版本已经完整兼容了POSIX接口，扩展的接口部分统一采用AOS的命名方式提供给用户态程序，简单易懂。
• Components：从AliOS Things 1.0开始，OS组件的开发一直都是OS开发的重中之重。目的就是缩小和Linux, Android上丰富的组件能力之间的差距，为应用开发者提供零移植成本的良好体验，目前组件涵盖以下部分：文件系统组件、网络组件、图形驱动组件、音视频驱动组件、安全组件、日志组件、功耗管理组件
• Services：AliOS Things微内核版本中首次引入了“Service服务框架”的能力，目的是将底层硬件的能力抽象成统一标准的接口、再根据业务场景二次开发、最终为多个应用程序提供标准服务的能力。目前已经支持的Service包括：视频服务、图形服务、音频服务、触摸屏等Input服务、蓝牙服务、WLAN服务
• Application Framework：为了同时满足“小程序应用”和“本地应用”的场景需求，我们分别构建了ASI (Alibaba Service of IoT)服务框架以及小程序服务框架：

• ASI服务框架主要是为本地应用场景服务的，例如在可穿戴智能手表上常用的支付服务，智能语音服务，本地传感器服务以及端云一体的云存储服务等。ASI服务框架是AliOS Things在过去实际项目和业务迭代中沉淀下来的优秀的应用服务框架，基于这些服务框架客户可以快速的定制类似的产品，加快项目落地节奏
• 小程序服务框架是AliOS Things 4.0版本重点打造的、业界领先的服务框架。支持JS开发，轻量级的ARiver++小程序容器，支持Cube & Coral渲染引擎，向下兼容AliOS Things Application Framework。目前我们已经在带屏智能设备中落地了小程序应用框架Lite版本的能力

 

3.3、AliOS Things优势

AliOS Things操作系统的优势如下图所示：

                                          图5：AliOS Things集中优势

 

• 可伸缩弹性强：一切皆组件，内核精简，组件高度可配置，弹性支持从低端到高端各种应用场景；
• 高安全可靠：内核/驱动/各应用间地址空间隔离，整体安全性高；组件间耦合低，维护成本低；
• 兼容Linux生态：原生支持700+ POSIX API，VFS驱动框架等，移植成本低；
• 组件丰富：集成网络协议栈、文件系统、GUI框架、音视频能力、OTA能力、IoT小程序框架等200多个组件，满足各类物联网应用场景，开发成本低；
• 低代码开发：首推HaaS软硬件积木平台，配套各类HaaS软硬件积木，快速组装，支持拖拽式开发，支持JS轻应用开发，开发门槛低；
• 云端一体：依托阿里云，支持设备运维管理、文件存储等云端一体的应用；集成阿里巴巴集团内部小程序、支付、定位等，生态能力丰富；
• 社区活跃度高：GitHub/Gitee/CSDN上开源，并捐赠给开放原子开源基金会共建；微信公众号和CSDN企业号文章，线下高校巡回，线上直播；
• 自主知识产权：完全自主知识产权，国产安全可控；

 

四、总结

未来物联网市场需求非常巨大，对物联网操作系统的要求也是越来越高，而选择一款合适的操作系统往往决定了从业者的市场竞争力。

AliOS Things作为伴随物联网行业发展一步一个脚印成长起来的物联网操作系统拥有其他系统无法比拟的优势，势必可以更好的赋能整个行业的发展。