摘要：根據IOT設備的需求，以及IOT OS需要滿足的技術特征、現有IOT OS的來源，分別概述FreeRTOS、AliOS-Things、RT-Thread、Lite OS、Zephyr、Mbed OS、AWorksOS、HybridOS等8個IOT OS的特點。智能物聯網（AIOT，AI+IOT）是人工智能與物聯網的協同應用，據此分析IOT OS的發展方向。

關鍵字：物聯網操作系統；IOT OS；智能物聯網；AIOT

1 IOT 設備特點及IOT OS特征

2016年，WindRiver（風河系統公司）指出IOT設備的8大需求[1]：

不斷調整和升級的架構（芯片？）；適應不同種類的設備軟件；設備安全；虛擬化；性能和可靠性；聯網；豐富的UI；工業認證。

何小慶得出IOT OS的5大技術特征[2]

1) 管理“物”——物聯網邊緣節點上的嵌入式實時低功耗設備。

2) 泛在通信，無線和有線，近場和遠距離的通信方式和協議。

3) 可維護性，OTA和遠程維護。

4) 安全，設備、通信、云等的安全。

5) 云平臺，遠程管理，這是物聯網大數據和人工智能的基礎。

2 現有IOT操作系統

現行的IOT操作系統來源[1][3]：

1) 基于移動端操操作系統如Linux、Android、IOS等進行裁剪和定制，來適應物聯網接入設備的需求。這些OS體積龐大、功耗較高，而且無法滿足安全認證和實時性等要求。

2) 傳統的嵌入式操作系統，FreeRTOS（亞馬遜）、RT-Thread、uCos（以前是商業收費，現在也開源了）、ThreadX（微軟）、VxWorks的變種。

3) 專門為IOT設計，SyberV、華為LiteOS、阿里AliOS-Things、Android Things、ARM Mbed OS。

2.1 FreeRTOS

FreeRTOS起源于英國人Richard Barry于2003年發布的開源的實時內核，發展歷程如下。

2003~2016，傳統嵌入式OS。

2017成為AWS開源項目，亞馬遜增加IOT應用組件，連接云，變為IOT OS。

2016年，Micrium公司的μC/OS被Silicon Labs收購，出于競爭的擔心，ST和NXP等知名的嵌入式芯片公司轉向支持FreeRTOS[4]。

OS主要特點如下。

歷史悠久，開發者眾多，支持的CPU硬件架構特別多，達35種。

FreeRTOS有一些列軟件，版本眾多，包括開源版本、授權版本、安全版本（SafeRTOS）、Amazon開源IOT OS版本。

支持AWS邊緣計算的功能（Greengrass）。

除了AWS，官方沒有支持第三方云平臺。

2.2 AliOS-Things

AliOS Things發布于2017年杭州云棲大會， 是AliOS家族旗下的、面向IoT領域的、高可伸縮的物聯網操作系統。OS主要特點如下。

支持微內核基礎上的POSIX實現，方便程序框架/程序庫移植。

支持云端一體在線開發（靈活架構，自組網），提供IOT全鏈路開發、模擬和部署支持。

支持APP獨立升級；組件化思想的多BIN或差分升級。內核、框架層、應用層三個獨立的BIN文件，芯片廠商可以出廠預置內核，應用層只關心應用層開發，不關心硬件，方便移植。

支持可信執行環境（csky）；支持ID2根身份證和秘鑰；支持系統調用。

v1.1.1集成了自研的Bone Engine，它是一套為AliOS Things優化定制的JavaScript引擎，集成了JavaScript的編程及運行環境。

集成了IOT套件，Link Kit，Link Voice等阿里云IoT核心組件，產品可以訪問阿里云服務。

支持的CPU架構一般。

2.3 RT-Thread

起源于上海睿賽德電子科技公司創始人和總經理熊譜翔于2006年創建的RT-Thread 開源實時操作系統項目，發展歷程如下。

2011 年 RT-Thread 1.0 版本正式發布。

2015 年 2.0版本和現在名氣很大的柿餅 GUI 捆綁發布。

2017 年發布 3.0，RT-Thread 全面啟動 IoT 戰略 。

OS特點如下。

集成音頻，圖像相關的各類算法和智能引擎。

柿餅UI，小型、現代化的圖像庫。

開源、社區化、中立，開放支持第三方云。

Nano版本和IOT版本。

集成開源JerryScript引擎，支持JavaScript開發。

組件比較豐富。

混合微內核架構正在內測[5]，平臺是柿餅M7的開發板，全志R11處理器，ARM Cortex-A7。

2.4 Lite OS

Huawei LiteOS是華為針對物聯網領域推出的輕量級物聯網操作系統，是華為物聯網戰略的重要組成部分，具備輕量級、低功耗、互聯互通、組件豐富、快速開發等關鍵能力，為開發者提供 “一站式” 完整軟件平臺，有效降低開發門檻、縮短開發周期。發展歷程如下，走過了內部產品-開源軟件-IoT 解決方案發展之路。

2012 年華為開發支持公司內部消費產品的小型嵌入式操作系統 LiteOS。

2014 和 2015 年 LiteOS 與Huawei 手機和智能手表一同出貨。

2016 年 Lite OS內核正式開源。

2017 年發布 LiteOS IoT 解決方案（即端云解決方案）

2018 年華為加速開發步伐，發布LiteOS SDK 2.1 和 Lite OS Studio 1.0（開發環境）。

2019以后，鴻蒙OS的架構中，LiteOS也是其內核之一（Linux、鴻蒙、LiteOS）。

OS主要特點：

OpenCPU架構，MCU和通信模組二合一，顯著降低終端體積和終端成本，特別適用于NB-IOT應用場景和海思芯片，這是它的主要優勢。

智能邊緣項目KubeEdge，名字來源于Kube + Edge，顧名思義就是依托Kubernetes的容器編排和調度能力，實現云邊協同、計算下沉、海量設備接入等。

AI引擎、JS引擎。

支持的CPU架構單一。

2.5 Zephyr

Zephy是2016年由Intel、Synopsys、NXP等公司發起的開源實時操作系統平臺項目，現在由Linux基金會管理。Zephyr是一款小型且可擴展的操作系統，尤其適用于資源受限的硬件系統，可支持多種架構。

OS特點如下：

起點很高，來自風河的成熟代碼。

代碼結構和Linux內核很相似。

支持的CPU架構豐富。

安全設計方面，支持用戶態/內核態；支持MPU；內核對象權限模型。

支持TEE，Armv8-M trustzone。

功能安全，打算通過IEC 61508和ISO 26262認證。

中間件豐富，支持很多協議。

2.6 Mbed OS

2014年，ARM發布了Mbed OS，試圖基于Mbed OS建立一個龐大的物聯網生態，以此來連接硬件廠商、軟件服務商、云服務商以及開發者社區。OS特點如下。

面向ARM Cortex-M系列處理器。

版本從1.0、2.0、3.0，然后直接到5.0，6.0在計劃中。

模塊化的可配置軟件棧，不配置則排除不必要的軟件組件，進而降低內存要求。

使用C++作為程序設計語言。

在線編譯，或者導出工程，用其他IDE編譯，部分源碼不開放。

內核uVisor運行在特權模式，內核創建隔離的安全域，安全域對內存和外設的訪問權限有限制。

支持ARM PSA架構。

2017年ARM推出了mbed Edge，與mbed Cloud和mbed OS組成邊緣計算的 IoT 方案 。

云服務pelion 也是在國外，影響了國人的使用。

2.7 AWorksOS

AWorksOS是ZLG（周立功，廣州致遠電子）歷時12年開發的工業智能物聯開發平臺，特點如下。

AWorksOS是不開源的，內部核心功能組件都是以庫的形式提供，相關接口通過頭文件引出。

AWorksOS以SDK方式發布，伴隨著特定開發板，SDK中包含了文檔、工具、示例代碼、模版工程等。

OS的發展，依托ZLG的AWTK開源GUI引擎。

分為“核心域”和“非核心域”，即“業務”和“技術”， 非核心域包括底層驅動、操作系統和組件；開發者忽略產品底層技術細節，專注“核心域”。

將MCU和OS的共性抽象為統一接口，應用實現“一次編程，終生使用，跨平臺”。

支持的CPU很少，目前有ARM Cortex-M4/M7/A7，ARM9。

2.8 HybridOS

合璧操作系統(HybridOS)是北京飛漫軟件于 2018 年 11 月發起的一個全新的開源項目。HybridOS 的目標是為物聯網設備和云計算環境打造一個全新的操作系統，特點如下。

2019.11.18發布了第一個組件hiCairo；2019.12.10發布了了2D/3D的圖形組件，包括hiMesa、hiDRM、hiDRMDrivers、以及hiCairo，這些和MiniGUI（最初由飛漫軟件創始人魏永明開發，20年的發展歷程，為 IoT 智能設備和嵌入式系統提供圖形界面及交互實現）一起組成了HybridOS的圖形棧；2020.3.29，隨著MiniGUI 5.0的發布，HybridOS也升級了圖形棧。

為IOT網絡中的虛擬計算節點設計，故可運行在設備端、云端、客戶端。

提供云端和客戶端的接口，以及設備端與這兩者通訊的協議棧。

支持python、JavaScipt、C/C++。

依托MiniGUI，增加數據庫，以及其它復雜的圖形處理。

2019.9.19宣布MiniGUI4.0.2支持RT-Thread，但是沒找到相關驗證的源碼。

系統組件是damon進程；網絡通信等協議棧作為系統的服務。

3 AI+IOT對操作系統提出的新課題

移動操作系統Android和Linux，無法滿足工業安全認證和實時性要求；傳統的嵌入式操作系統無法滿足系統擴展、維護和應用的便捷需求；針對智能物聯網（AIOT，AI+IOT）場景的廣義的嵌入式操作系統和泛IOT OS技術正在探索和研究中[6]。

智能物聯網是2018年興起的概念[7]，是人工智能與物聯網的協同應用，人工智能使物聯網獲取感知與識別能力，物聯網為人工智能提供訓練算法的數據。AIOT中系統通過各種信息傳感器實時采集各類信息（一般是在監控、互動、連接情景下的），在終端設備、邊緣域或云中心通過機器學習對數據進行智能分析，包括定位、對比、預測、調度等。

AIOT中終端設備還需要具備智能特性，預計未來IOT OS會向著兩個方向發展，一是大型、復雜、可配置，二是更小、更安全、硬化，則IOT OS需要滿足如下要求。

1)云端協同/邊緣計算架構

云端人工智能技術如何透過邊緣計算與設備節點的 IOT OS結合起來[2]；邊緣節點管理和控制該場景中各種物聯網設備和計算硬件[8]，同時也支撐該場景中的應用層業務需求，提供基本的安全性。

2)人工智能，終端智能化，具備感知和交互能力

AI引擎，JS引擎，音頻、圖像算法。

3)終端虛擬化

輕量級容器。

4)功能安全

通過工業級認證，IEC 61508和ISO 26262。

5)信息安全

內核高度安全，通過形式化認證和安全認證[9]，ARM Cortex-M33/M35P軟核通過了EAL6+

認證[10]。內核支持用戶態/特權態；進程MPU隔離；內核對象權限。

6)可信物聯網，數據可信

結合區塊鏈技術[11]，確保端到端數據可信。終端、邊緣、后端基礎設施（云端）、后端應用程序的數據傳遞，確保可信。

7)可擴展的內核

大型、復雜、可配置：支持X86、ARM Cortex-A系列；

更小、更安全、硬化：支持極簡的MCU等資源受限的設備。

8)APP單獨管理

多BIN特征，內核、框架層、應用三個BIN文件，應用層不關心硬件。

9)高級語言支持

Micropython，JavaScript。

10)豐富的UI

占用資料少、界面流暢度高。

11)OS抽象層

支持POSIX、CMSIS RTOS

作者：wangyw
文章來源：博客園

審核編輯 黃昊宇