物联网操作系统

物联网

1.操作系统的出现和迭代是时代需求和技术制约下的平衡上承落地应用，下接海量终端
     前端数据的收集
	    高速传递数据和信息
		OTA升级
	 端云互联一体（连接管理平台确保物联网系统自主运行）
	 在云侧，以云平台为支撑的中间件服务、数据服务和信息服务
目前现状： 
    终端应用碎片化-- 硬件设备向更复杂阶段发展-市场和需求的碎片化所带来的技术组件碎片化
	      X86、ARM、MIPS、C-SKY、PPC、RISC-V架构的不同硬件平台以及龙芯处理器、飞腾处理器等国产硬件
	生态网络: 硬件、协议、应用软件等广泛连接和协同，形成纵横连通的生态网络
应用场景
   各类工业场景

硬件

  1.微控制器（MCU）、MEMS传感器和无线通讯模组成本的逐年下降从成本端推动行业发展	
  2.芯片制程进入3nm时代--多核设备等普及
  3.新能源的发展-电池 
  4.时钟管理主要功能包括时间管理、定时管理、进程账务管理、负载管理等	  

来源

1.从 通用系统裁剪而来的
2.从 原有嵌入式操作系统改进而来的 实时操作系统RTOS--嵌入式实时系统及升级版
3.从 面向物联网需要行业开发而来	--专门为物联网设计的轻量级IoTOS  
4.从 完全从新开发的新型操作系统

1.通用系统裁剪 
    代表系统：uclinux、win10IOT、WatchOS、AndroidThings等；
2.传统嵌入式系统+通信协议+其他物联网功能模块 
    代表系统：SylixOS、μC/OS-Ⅱ、Vxworks等； FreeRTOS、uC/OS 
	    嵌入式软件的开发需由交叉编译的方式完成
3.面向物联网的轻量级IoTOS
    代表系统：RT-Thread、华为LiteOS、ARMmbedOS、AliOSThings、AzureRTOS、AmazonFreeRTOS  Vela等；RT-Thread 主要采用 C 语言编写	
4.下一代操作系统；跨设备分布式操作系统
    代表系统：谷歌Fuchsia、华为鸿蒙OS
	   欧洲Oniro手机基于开源鸿蒙OpenHarmony，但预装系统为VollaOS

底层内核

TCP/IP协议 
   工业标准TCP/IP的实时操作系统
   BSD TCP/IP协议栈历史上是其他商业栈的起点，大多数专业TCP/IP栈（VxWorks内嵌的TCP/IP 栈）是BSD栈派生的
   uC/IP是由Guy Lancaster编写的一套基于uC/OS且开放源码的TCP/IP协议栈
   uIP是专门为8位和16位控制器设计的一个非常小的TCP/IP栈。完全用C编
   lwip 是瑞典计算机科学院(SICS)的Adam Dunkels 开发的一个小型开源的TCP/IP协议栈 LwIP的含义是Light Weight(轻型)IP协

NuttX 操作系统 由调度子系统、文件子系统、网络子系统、图形子系统和驱动子系统组成

Android由开源项目
   AOSP（AndroidOpen-SourceProject）和谷歌提供的GMS（GoogleMobileService）服务组成
   GMS部分使得谷歌对开源部分具有控制权，强化其对软件的监管。AOSP+GMS的开放与控制互补
VxWorks 操作系统产品沿用了 宏内核设计   

IoTOS的功能

   功能：1.端云一体 2.跨端互调 3.统一多内核OS 4.统一安全框架  5.AI 智能化能力
  文件和目录管理、设备管理、多任务、网络、图形用户界面（GUI）等功能，并提供了大量的应用程序接口（API）
   具备传统的核心实时、确定性性能和可靠性，还必须提供高度互联、全面安全、远程管理等新能力
  连接性：支持各种业界领先的标准和协议，如USB、CAN、Bluetooth、FireWire和Continua以及开箱即用的高性能组网功能。
  跨终端性：生态战略就是多屏互联，基于分布式软总线等技术  手表眼镜，很便宜的单片机系统包括摄像头、车机
  交互：交互的极简变革-跨越应用壁垒的极简交互革命 
  智能：面向具身智能、面向智慧的终端 从以设备为中心进化到以人为中心 -IoT 的智能化能力
  开发：提供UI框架-基于自适应UI布局 轻量级图形渲染框架
  安全： 安全启动 安全升级  密钥库系统 加解密引擎 权限控制 应用沙箱安全隔
分层
  内核层、中间件层、辅助设计工具

微内核-->混合内核

1.微内核 历史
    第一代微内核的主要代表是Mach，该系统由卡内基-梅隆大学的
    第二代微内核的主要代表是L3和L4，以及QNX系统使用的Neutrino内核
	第三代微内核主要代表有：seL4、Fiasco.OC、NOVA等

     1. Mach  微内核，由卡内基梅隆大学于 1984 年发布
     2. L4微内核系列
     3. Minix  微内核，由阿姆斯特丹自由大学的教授于 1987 年发布
       AliOS Things	 
       QNX
       RT-Thread
2.层级
    1.硬件层	
    2.HAL是硬件抽象层 ，驱动子系统：驱动框架（HDF）是系统硬件生态开放的基础  
    3.内核子系统：采用多内核（Linux内核或者LiteOS）设计， 支持针对不同资源受限设备选用适合的OS内核。混合内核
        内核抽象层（KAL，Kernel Abstract Layer）通过屏蔽多内核差异，
    	  对上层提供基础的内核能力，包括进程/线程管理、内存管理、文件系统、网络管理和外设管理等 
    4.内核层
       NuttX NuttX打造的物联网嵌入式软件平台 对POSIX API有原生支持的实时操作系统
	         Vela是小米基于开源实时操作系统 
             NuttX 2016年被三星选为 TizenRT操作系统的内核
	    
       LiteOS 
       Zephyr  Zephyr提供了两种内核：微内核(microkernel)和超微内核(nanokernel)， Zephyr内置高效的TCP/IP网络栈
       zircon 的微内核。zircon内核是从高通的Little Kernel发展而来
       HomeOS  	   

手机厂商和车机系统

华为   华为鸿蒙系统（HUAWEI HarmonyOS）	 增加了 HMS  
小米   小米澎湃OS(Xiaomi HyperOS)小米澎湃OS底层使用的有AOSP（安卓开源项目）  Vela
荣耀   荣耀 Honor MagicOS 9.0所采用的双内核架构，分别由传统内核与AI内核组成
vivo   vivo蓝河操作系统2（BlueOS 2）  Rust语言    蓝心智能 Origin OS系统    蓝河UI框架。     
OPPO   OPPO   ColorOS 5.1。  ColorOS 超算平台 一加(Oneplus)
魅族   魅族无界（meizu Flyme）操作系统  
苹果   Apple  -- HomeOS
三星   samsong --Tizen（泰泽)
谷歌   Fuchsia OS -- 基于谷歌的全新微内核“Zircon”  ，Zircon 基于 C++ 开发，微内核架构
       AOSP，全称"Android Open Source Project"，中文意为"Android 开放源代码项目"

华为和塞力斯
小米和小米su7
长安与荣耀合作手车互联
OPPO与比亚迪
吉利收购魅族 
微内核RTOS主要有黑莓QNX、风河VxWorks、中兴GoldenOS、华为鸿蒙OS、阿里AliOS
  AUTOSAR 组织相继发布 Classic 和 Adaptive 两个平台规范 ，分别对应安全控制类和自动驾驶的高性能类
   高通8155与长城高端车、
   英伟达Xavier与小鹏P7量产、
   地平线征程3与理想One
QNX： 认证范围包括工具链TCL3认证、Neutrino微内核、APS自适应分区调度、libc、libm和libsupc++库等


Vela 内核子系统

智能驾驶

 车载操作系统一般分为车控操作系统和智能座舱操作系统两类	
     硬件平台、
	系统软件（硬件抽象层+OS内核+中间件）、
	功能软件（库组件+中间件）
	应用算法软件等四个部分。
德国的Autosar就是一个比较成熟的无人驾驶软件规范，基于Autosar研发的OS专为驾驶辅助以及无人驾驶打
 一种是基于纯Linux原生代码嫁接开发的操作系统
 QNX是商业实时操作系统，主要针对嵌入式系统市场-该操作系统中使用的内核是微内核
 自研类-如华为的AOS
  ECU上的OS和车载娱乐系统是彼此独立的OS

国外

美国方面
    WindRiver 公司的 VxWorks、
    Micrium   公司的 μC/OS-II、
    TexasInstruments  公司的 TI-RTOS、
    GreenHillssoftware公司的 INTEGRITYRTOS与μ-velOSityRTOS、
    Microsoft    公司的AzureRTOS、
    LynxSoftware 公司的 LynxOS、
    DDC-I        公司的  DEOS、
    Amazon       公司的  AmazonFreeRTOS、
    MIPS         公司的 MIPSEmbeddedOS、
    FSMLabs      公司的 RTLinux等；
英国方面的主要产品包括RTOS公司的
     FreeRTOS、
	 ARM        公司的 MbedOS与RTX、
	 WITTENSTEIN公司的 SAFERTOS等；
德国方面的主要产品包括
      Segger  公司的 embOS、
	  SYSGO   公司的 PikeOS、
	  Siemens 公司的 NucleusRTOS等。
瑞典 EneaDataAB     公司的 ENEAOSE
瑞士 SCIOPTASystems 公司的 SCIOPTA、
加拿大  BlackBerry  公司的 QNX NeutrinoRTOS、
荷兰     NXP         公司的 MQXRTOS、
Linux基金会的Zephyr、
GPL组织的μClinux，以及TizenRT、OpenWrt、DuinOS、ApacheNuttX等

国内

上海睿赛德RT-thread、
 科东软件Intewell OS、
 翼辉信息Sylix OS、
 科银京成Delta OS、
 中航计算所Acore OS天脉、
 凯思昊鹏Hopen OS、
 中船716所JARI-Works、
 中电科32所ReWorks、
 致远电子AworksS等代表性产品

历史经验

大型主机操作系统Multics
移动端操作系统WindowsPhone

Windows操作系统与IntelCPU组成的个人计算机架构
基于Linux内核的Android+ARM模式在移动端取得成功

参考

HyperOS系统内核（Kernel）  https://mp.weixin.qq.com/s/7CsKgiU6Ez-x2URW9ohkJg
关于NuttX操作系统 https://iot.mi.com/vela/detail.html
Zephyr 简介 https://zephyr-doc.readthedocs.io/zh-cn/latest/introduction/introducing_zephyr.html
华为“鸿蒙”所涉及的微内核到底是什么？一文带你认识微内核 https://cloud.tencent.com/developer/article/1456793