物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的競爭正在向著生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展，包括互聯(lián)網(wǎng)巨頭和運(yùn)營商在內(nèi)的企業(yè)都在基于平臺，積極布局上游關(guān)鍵技術(shù)和下游解決方案。
根據(jù)工信部發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，截至今年8月末，三家基礎(chǔ)電信運(yùn)營企業(yè)發(fā)展蜂窩物聯(lián)網(wǎng)終端用戶達(dá)到16.98億戶，已經(jīng)超過移動電話用戶總數(shù)16.78億戶，標(biāo)志著國內(nèi)蜂窩物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)首次迎來“物超人”這一歷史性時刻。不僅如此，隨著以底層技術(shù)為主導(dǎo)的新型基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，在未來5至10年的時間維度里，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)將會繼續(xù)保持高速增長，預(yù)計到2025年時，國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)的連接量將突破80億，此后還將繼續(xù)增長至百億規(guī)模，市場規(guī)模也有望達(dá)到數(shù)萬億級別。
與過去幾十年經(jīng)歷的互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)時代的發(fā)展軌跡類似，物聯(lián)網(wǎng)時代也會經(jīng)歷設(shè)備數(shù)量大幅增加、用戶需要更好的服務(wù)和體驗等階段，這些都在軟硬件層面對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提出了更高的要求，需要整個產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展與創(chuàng)新來實現(xiàn)。
而對于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來說，操作系統(tǒng)同樣必不可少。操作系統(tǒng)位于底層硬件與用戶之間，是兩者溝通的橋梁，用戶可以通過操作系統(tǒng)的用戶界面輸入命令，操作系統(tǒng)則負(fù)責(zé)對命令進(jìn)行解釋并驅(qū)動硬件設(shè)備來實現(xiàn)用戶要求。
在電腦上，有大家耳熟能詳?shù)腤indows和Linux操作系統(tǒng)，安卓和iOS系統(tǒng)也幾乎被裝在了所有的智能手機(jī)上，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備自然也應(yīng)該有其獨(dú)有的操作系統(tǒng)來應(yīng)對各種碎片化場景下的不同需求。
構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)時代的操作系統(tǒng)
相比于電腦和智能手機(jī)，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的類型和適用場景大大增加，既可以用在對算力和實時性要求非常高的車聯(lián)網(wǎng)場景，也能用于對功耗非常敏感的智能表計等領(lǐng)域。因此，物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備面臨的問題也更加復(fù)雜，如：硬件碎片化、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議多樣化、平臺接入復(fù)雜化和安全攻擊實體化等問題。傳統(tǒng)的開源嵌入式操作系統(tǒng)雖然可以解決部分問題，但無法應(yīng)對更多的挑戰(zhàn)，也難以形成跨設(shè)備、跨芯片平臺、云端一體的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用生態(tài)。
在此背景之下，大型互聯(lián)網(wǎng)公司都在投入資源來發(fā)展自研的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，如亞馬遜FreeRTOS，ARM Mbed OS，華為LiteOS和阿里AliOS Things等，而在通信領(lǐng)域具有深度積累的運(yùn)營商，自然也不例外。
從2019年起，中國移動便開始投入研發(fā)一款面向物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的輕量級實時操作系統(tǒng)，經(jīng)過了一年多的時間，中國移動旗下的中移物聯(lián)于2020年6月正式推出了面向5G的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)——OneOS，該系統(tǒng)能夠向上承接業(yè)務(wù)應(yīng)用，向下屏蔽硬件差異，打通各種碎片化場景，更好地滿足了萬物互聯(lián)時代應(yīng)用的需求。
從整體來看，OneOS的架構(gòu)采用了分層設(shè)計，主體由驅(qū)動、內(nèi)核、組件、安全框架組成，通過一個輕量級內(nèi)核加多個系統(tǒng)組件的模式，加上海量硬件的適配支持，使OneOS具備極高的可伸縮性與易用性。
自1.0版本開始，OneOS便使用了極簡內(nèi)核，具有可裁剪、跨平臺、低功耗、高安全等特點(diǎn)，支持ARM Cortex-A/M、MIPS、RISC-V等主流芯片架構(gòu)，兼容POSIX、CMSIS等標(biāo)準(zhǔn)接口，支持Javascript、MicroPython等高級語言開發(fā)模式，提供圖形化開發(fā)工具，能夠有效提升開發(fā)效率、降低開發(fā)成本，幫助智能穿戴、智能門鎖、智慧充電、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域的用戶快速開發(fā)穩(wěn)定可靠、安全易用的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。
更快更強(qiáng)！One OS3.0實現(xiàn)全方位升級
就在本月，圍繞著實時、安全、高效這三方面，OneOS3.0版本實現(xiàn)了全方位升級，打造了更快、更強(qiáng)、更安全的內(nèi)核，提供了GUI、音視頻、定位等多種服務(wù)組件，為個人穿戴、智能家居、工業(yè)控制領(lǐng)域提供了安全可靠、便捷高效的開發(fā)體驗。
對于操作系統(tǒng)來說，內(nèi)核是最核心、最重要的部分，到了3.0版本，OneOS的內(nèi)核功能進(jìn)一步豐富。首先，OneOS3.0支持對稱多處理器平臺，幫助高級應(yīng)用提高運(yùn)行效率；CPU親和度模型提高了任務(wù)執(zhí)行效率，避免CPU進(jìn)行上下文切換，浪費(fèi)不必要的性能；MPU隔離保護(hù)實現(xiàn)內(nèi)核態(tài)訪問空間和用戶態(tài)訪問空間的隔離，關(guān)鍵數(shù)據(jù)區(qū)禁止篡改，代碼段保護(hù)，提高系統(tǒng)的安全性可靠性；增加了可維可測功能，比如IPC跟蹤、中斷檢測、任務(wù)軌跡跟蹤、伙伴監(jiān)控等，幫助開發(fā)人員檢測系統(tǒng)狀態(tài)、快速分析問題。
同時，OneOS3.0的內(nèi)核性能也進(jìn)一步提升。在Cortex-M4平臺上，任務(wù)切換小于3us，中斷響應(yīng)最大時延小于6us，任務(wù)同步小于2.4us，任務(wù)通信小于6.3us；在多核Cortex-A9平臺上，核間任務(wù)同步小于1.3us，核間任務(wù)通信小于2.0us；任務(wù)調(diào)度時間復(fù)雜度也在主流RTOS系統(tǒng)中名列前茅。
安全可靠是實現(xiàn)萬物互聯(lián)的基石
截止目前，OneOS已獲得了92項發(fā)明專利和8項軟件著作權(quán)，被廣泛應(yīng)用在消費(fèi)電子、智慧城市、工業(yè)控制等領(lǐng)域，并服務(wù)于350余家合作伙伴，實現(xiàn)3000萬應(yīng)用裝機(jī)。
面對千萬級別的終端規(guī)模，操作系統(tǒng)的安全性和防護(hù)能力對所有客戶來說都至關(guān)重要。作為新型的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中的數(shù)據(jù)大多是具體應(yīng)用場景中的實時感知數(shù)據(jù)，其中不乏重要行業(yè)的敏感數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)安全保障是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的重要基礎(chǔ)。隨著萬物互聯(lián)時代的到來，未來還會有越來越多的智能終端需要兼容性更強(qiáng)、更加安全可靠的操作系統(tǒng)。
對于輕量化的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)來說，更需要對軟硬件之間的協(xié)同和系統(tǒng)所占大小等方面進(jìn)行綜合考慮。在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，一般數(shù)據(jù)將經(jīng)歷感知、傳輸、處理這一生命周期，OneOS提供的安全組件可為數(shù)據(jù)安全各個環(huán)節(jié)提供輕量化解決方案，為物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)保駕護(hù)航。而本次發(fā)布的OneOS3.0是LTS版本（長周期支持版），經(jīng)歷了廣泛的和深入的測試，包含了大量安全積累和穩(wěn)定性方面的改進(jìn)。
在終端數(shù)據(jù)保護(hù)方面，OneOS安全團(tuán)隊自研出輕量級的國產(chǎn)商用密碼SM系列算法套件，同時針對物聯(lián)網(wǎng)終端小資源的特點(diǎn)進(jìn)行了專門的優(yōu)化設(shè)計，大大減少了套件本身對終端資源的占用，在同等硬件環(huán)境下，OneOS國密算法套件資源占用可減少34%，而加密效率可提升30%，大大降低了終端設(shè)備資源壓力，可以為更廣泛的設(shè)備提供數(shù)據(jù)保護(hù)。
在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方面，為了給通信雙方提供安全的通道，保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)安全可靠，OneOS針對物聯(lián)網(wǎng)場景開發(fā)了輕量級的DTLS 1.3安全傳輸協(xié)議棧，在內(nèi)存資源占用減少54%的同時，還可以使得握手效率提升43%，滿足各類網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下數(shù)采終端及智能設(shè)備的敏感數(shù)據(jù)安全傳輸需求。
目前，中移物聯(lián)OneOS已通過PSA、IEC 61508、CCRC EAL4+等多項安全認(rèn)證，系統(tǒng)的內(nèi)核性能也實現(xiàn)了攻關(guān)突破，任務(wù)切換、中斷處理等關(guān)鍵指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平，能夠滿足金融、支付等特種行業(yè)的高安全性要求。其中，IEC 61508自2000年正式發(fā)布至今，已被公認(rèn)為全球范圍內(nèi)功能安全的權(quán)威標(biāo)準(zhǔn)。OneOS成功獲得該認(rèn)證，標(biāo)志著在系統(tǒng)可靠性和整體技術(shù)實力方面，OneOS已躋身國際一流嵌入式操作系統(tǒng)行列，企業(yè)和開發(fā)者在使用OneOS開發(fā)軟件產(chǎn)品時，不僅在基礎(chǔ)系統(tǒng)的可靠性上有了強(qiáng)力保障，而且還可以更加快速地通過相關(guān)領(lǐng)域的安全認(rèn)證，加速產(chǎn)品的行業(yè)準(zhǔn)入和上市銷售。
各行各業(yè)都亟待整體解決方案出現(xiàn)
對于物聯(lián)網(wǎng)來說，最突出的一個特征當(dāng)屬“碎片化”現(xiàn)象嚴(yán)重，不同行業(yè)當(dāng)中的硬件設(shè)備各異，軟件也是“百花齊放”，這不僅導(dǎo)致了很多無謂的重復(fù)開發(fā)，也造成設(shè)備之間彼此割裂，難以形成真正的萬物互聯(lián)體驗。為了解決這個問題，很多企業(yè)都在提出物聯(lián)網(wǎng)的行業(yè)解決方案，涵蓋了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、操作系統(tǒng)、終端等各個層次。對于操作系統(tǒng)層面來說，上層的各類應(yīng)用通過它屏蔽了底層硬件工作方式的不同，只需專注于功能的實現(xiàn)即可，打破了設(shè)備之間的壁壘界限，從而促進(jìn)應(yīng)用的開發(fā)與部署更加快捷高效。
在消費(fèi)電子方面，OneOS通過與國外多家專業(yè)服務(wù)商戰(zhàn)略合作，為開發(fā)者提供了一套覆蓋全球的高可靠、低延時、低成本、高質(zhì)量的實時音視頻通信服務(wù)。具體來說，系統(tǒng)支持48kHz全頻帶采樣，提供超高音質(zhì)體驗；支持1080P分辨率、碼率可自由切換，融合多種視頻編碼處理算法，畫質(zhì)更好、碼率更低；提供提供毫秒級延時服務(wù)，實時通話質(zhì)量高于業(yè)內(nèi)平均水平；同時，弱網(wǎng)條件及切換網(wǎng)絡(luò)時仍能支持高質(zhì)量通信，在70%丟包情況下仍可正常通信；此外，開發(fā)者通過集成RTC的SDK即可輕松實現(xiàn)智能硬件設(shè)備一對一語音、視頻通話，極大降低了實時音視頻應(yīng)用的開發(fā)成本。
在工業(yè)控制方面，OneOS整合行業(yè)基礎(chǔ)能力，并結(jié)合工業(yè)數(shù)字化的市場需求進(jìn)行能力整合及能力優(yōu)化。在PLC產(chǎn)品方向，OneOS與德國CODESYS合作開發(fā)的軟PLC開發(fā)套件，遵循IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程調(diào)試、遠(yuǎn)程運(yùn)維的需求痛點(diǎn)，采用5G技術(shù)打通上位機(jī)、PLC設(shè)備間的無線通信及云端通道，減少現(xiàn)場布線的同時，實現(xiàn)跨廣域網(wǎng)靈活運(yùn)維；在運(yùn)動控制方向，遵循CNC數(shù)控加工編程規(guī)范，OneOS采用高效的CNC數(shù)控算法，實現(xiàn)高效的G代碼解析與執(zhí)行能力。得益于OneOS極低的資源占用和高效的實時響應(yīng)，使多任務(wù)CNC技術(shù)在普通MCU平臺運(yùn)行成為可能；在通信能力方向，OneOS不僅提供包括Modbus、CANopen、EtherCAT、EtherNET等主流的現(xiàn)場總線協(xié)議棧，同時也深度支持5G、4G網(wǎng)絡(luò)特性，向工業(yè)客戶提供低時延、高可靠的工業(yè)通信能力。
開源協(xié)同是物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的“源頭活水”
對于國外發(fā)展較早的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)來說，在開源和生態(tài)建設(shè)方面都已經(jīng)較為成熟。與之相比，國內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)起步較晚，更加需要聯(lián)合上游芯片廠商、下游能力開發(fā)商、應(yīng)用開發(fā)商來多方共建產(chǎn)業(yè)生態(tài)。
自O(shè)neOS研發(fā)之初，就致力于為廣大開發(fā)者提供更友好的研發(fā)體驗，為合作伙伴提供更高的接入效率。在兼容性方面，在1.0版本時，OneOS僅支持100多款芯片，如今，OneOS3.0已支持ARM、RISC-V、MIPS、LoongArch、C-SKY、Xtensa這6類主流芯片架構(gòu)，涵蓋意法半導(dǎo)體、恩智浦、兆易創(chuàng)新、華大半導(dǎo)體、復(fù)旦微、龍芯、飛騰等主流廠商的MCU，累計適配芯片超1200款，支持80款以上模組，并可在超50款開發(fā)板上穩(wěn)定運(yùn)行。
此外，為了更大程度地支持跨平臺、跨系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)通信，OneOS現(xiàn)已兼容和支持大部分云服務(wù)平臺，包括亞馬遜AWS、微軟Azure、阿里云、騰訊云、中國移動的OneNET云平臺等，將云平臺上的各種服務(wù)能力通過OS下沉到終端和底層組件之中，為開發(fā)者提供更多選擇。
不僅如此，在系統(tǒng)源碼、開源社區(qū)、開發(fā)工具等方面，中移物聯(lián)也在為開發(fā)者提供全面的技術(shù)支持服務(wù)，幫助合作伙伴打通中移物聯(lián)產(chǎn)品庫、IoT商城等多方渠道；同時，中移物聯(lián)也在通過與高校緊密合作，以聯(lián)合實驗室、大學(xué)生專題賽、高校公開課等多種方式，為企業(yè)開發(fā)者和個人開發(fā)者提供全方面、多維度的服務(wù)。
寫在最后
當(dāng)前，“自主可控”已經(jīng)成為我國科技發(fā)展的主旋律之一，可以避免核心技術(shù)遭到“卡脖子”等問題。作為我國對國產(chǎn)自主物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的探索和實踐，OneOS對整個物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)來說也意義非凡。在此背景下，OneOS已經(jīng)適配飛騰和龍芯等國產(chǎn)廠商的物聯(lián)網(wǎng)芯片產(chǎn)品，并為各行業(yè)領(lǐng)域客戶提供國產(chǎn)方案，幫助客戶擺脫對國外技術(shù)的依賴，推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)國產(chǎn)化進(jìn)程。
未來，中移物聯(lián)OneOS將持續(xù)夯實系統(tǒng)基礎(chǔ)能力，布局行業(yè)應(yīng)用，同時深耕消費(fèi)電子、智慧城市、智慧工業(yè)三大領(lǐng)域，聯(lián)合上下游企業(yè)共同打造以操作系統(tǒng)為核心的自主可控產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)，以技術(shù)實力推動行業(yè)發(fā)展，加快產(chǎn)業(yè)數(shù)智化轉(zhuǎn)型升級。
