數(shù)字化時代，操作系統(tǒng)國產(chǎn)化是軟件國產(chǎn)化的根本保障，更是軟件行業(yè)亟需攻克的陣地。尤其是在智能制造的大趨勢下，面對日益復雜和不確定的外部環(huán)境，國產(chǎn)智能系統(tǒng)自主可控需求更加強勁，國產(chǎn)嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展也駛?cè)肓丝燔嚨馈?/p>

物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)是新一代信息技術的重要組成部分。其通過傳感器、射頻技術、激光掃描技術以及全球定位技術等技術的綜合管理與應用，可以有效實現(xiàn)對于建筑、車輛以及相關物理設備的管理，從而實現(xiàn)了生活便捷性的提升與強化。

隨著大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等技術在物聯(lián)網(wǎng)場景中的深度應用，整個物聯(lián)網(wǎng)領域也變得越來越數(shù)字化、智能化和精細化，真正實現(xiàn)“萬物互聯(lián)”在這樣的時代背景下，需要怎樣的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，如何才能開創(chuàng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的新空間？

一、應用落地和產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設對物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的需求迫切

當前，隨著物聯(lián)網(wǎng)基礎能力的日趨成熟，各領域物聯(lián)網(wǎng)應用正加快探索和落地，同時也對各環(huán)節(jié)的物聯(lián)網(wǎng)技術提出了更多和更高的要求。其中操作系統(tǒng)作為連接軟硬件資源的核心中樞，各領域產(chǎn)業(yè)進步對其深化發(fā)展也提出了更多和更高的要求。

一是各領域需要能夠?qū)Ａ吭O備進行建模的統(tǒng)一平臺。物聯(lián)網(wǎng)下游設備種類眾多、數(shù)量龐大，要實現(xiàn)高效協(xié)同的應用，就需要有能夠?qū)Ａ吭O備進行建模的統(tǒng)一平臺。雖然在理論和技術層面，操作系統(tǒng)具備屏蔽終端差異化的能力，但具體實現(xiàn)仍面臨諸多技術難題和行業(yè)差異，目前尚沒有能夠以通用模式滿足大面積行業(yè)需求的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)。目前在通用層面，我國華為的鴻蒙OS始終面向萬物互聯(lián)進行擴張，但在細分領域仍需不斷適配具體行業(yè)標準和流程。而在一些簡單或快速開發(fā)領域，目前的AliOS、TencentOS Tiny等輕量化系統(tǒng)則更加便于應用。

二是應用研發(fā)需要更加通用的集成開發(fā)環(huán)境和工具。在桌面計算機和手機時代，基于Windows和安卓操作系統(tǒng)的集成開發(fā)環(huán)境，各領域開發(fā)了大量的應用，并構建了豐富的應用生態(tài)。例如安卓基于Linux內(nèi)核，構建起完善的系統(tǒng)框架，為應用研發(fā)提供了通用且高效的開發(fā)環(huán)境。物聯(lián)網(wǎng)應用涉及的領域眾多、場景多樣，因此更需強大的操作系統(tǒng)提供便捷、高效的開發(fā)環(huán)境和工具。目前國外的Windows10 IOT、Android Things、谷歌Fuchsia OS等系統(tǒng)都已具備這樣的開放能力，而我國僅有華為的鴻蒙OS具備這樣的能力。

三是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)的完善，需要通過發(fā)展操作系統(tǒng)來推動。操作系統(tǒng)從誕生到形成規(guī)模效應，需與其關聯(lián)市場協(xié)同發(fā)展。例如，安卓與ARM架構互相協(xié)同，實現(xiàn)了對移動端設備的高度適配。Windows與英特爾x86架構相互適配、一同成長，實現(xiàn)了對桌面計算機市場壟斷。在物聯(lián)網(wǎng)領域，“操作系統(tǒng)﹢芯片架構”這一技術范式的本質(zhì)理念同樣適用，但目前我國對此類成套技術的研發(fā)較少，由中科院孵化的中科物棲公司正在基于這一范式，推動“RISC-V芯片﹢物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)”的應用模式落地。

二、構建屬于我們自己的物聯(lián)網(wǎng)時代操作系統(tǒng)

相比于電腦和智能手機，物聯(lián)網(wǎng)設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域。因此，物聯(lián)網(wǎng)終端設備面臨的問題也更加復雜，如：硬件碎片化、網(wǎng)絡協(xié)議多樣化、平臺接入復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，但無法應對更多的挑戰(zhàn)，也難以形成跨設備、跨芯片平臺、云端一體的物聯(lián)網(wǎng)應用生態(tài)。

倪院士指出，我國物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)仍面臨頂層設計缺乏整體設計、關鍵核心能力積累不足、體系建立薄弱等發(fā)展瓶頸，并對國產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)提出三大殷切期望：一是持續(xù)加大對OneOS等國產(chǎn)操作系統(tǒng)的研發(fā)投入力度，推動政府和企業(yè)共同制定物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的頂層設計、技術標準與安全標準；二是重視原始創(chuàng)新；三是上下游能共同構建技術和生態(tài)體系，打通技術與應用之間的最后一公里。

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，而在通信領域具有深度積累的運營商，自然也不例外。

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、更安全的內(nèi)核，提供了GUI、音視頻、定位等多種服務組件，為個人穿戴、智能家居、工業(yè)控制領域提供了安全可靠、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)核功能進一步豐富。首先，OneOS3.0支持對稱多處理器平臺，幫助高級應用提高運行效率；CPU親和度模型提高了任務執(zhí)行效率，避免CPU進行上下文切換，浪費不必要的性能；MPU隔離保護實現(xiàn)內(nèi)核態(tài)訪問空間和用戶態(tài)訪問空間的隔離，關鍵數(shù)據(jù)區(qū)禁止篡改，代碼段保護，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)核性能也進一步提升。在Cortex-M4平臺上，任務切換小于3us，中斷響應最大時延小于6us，任務同步小于2.4us，任務通信小于6.3us；在多核Cortex-A9平臺上，核間任務同步小于1.3us，核間任務通信小于2.0us；任務調(diào)度時間復雜度也在主流RTOS系統(tǒng)中名列前茅。

在工業(yè)控制方面，OneOS整合行業(yè)基礎能力，并結合工業(yè)數(shù)字化的市場需求進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標準，結合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)遠程調(diào)試、遠程運維的需求痛點，采用5G技術打通上位機、PLC設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)靈活運維；在運動控制方向，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，使多任務CNC技術在普通MCU平臺運行成為可能；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)絡特性，向工業(yè)客戶提供低時延、高可靠的工業(yè)通信能力。

三、安全可靠是實現(xiàn)萬物互聯(lián)的基石

面對千萬級別的終端規(guī)模，操作系統(tǒng)的安全性和防護能力對所有客戶來說都至關重要。作為新型的關鍵基礎設施，物聯(lián)網(wǎng)設備中的數(shù)據(jù)大多是具體應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。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、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。

在終端數(shù)據(jù)保護方面，OneOS安全團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)終端小資源的特點進行了專門的優(yōu)化設計，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%，大大降低了終端設備資源壓力，可以為更廣泛的設備提供數(shù)據(jù)保護。

在網(wǎng)絡數(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)絡環(huán)境下數(shù)采終端及智能設備的敏感數(shù)據(jù)安全傳輸需求。

四、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屬“碎片化”現(xiàn)象嚴重，不同行業(yè)當中的硬件設備各異，軟件也是“百花齊放”，這不僅導致了很多無謂的重復開發(fā)，也造成設備之間彼此割裂，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，打破了設備之間的壁壘界限，從而促進應用的開發(fā)與部署更加快捷高效。

為加快推動物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)深化發(fā)展，打造適配產(chǎn)業(yè)需要的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，筆者提出以下三方面建議。

一是加強技術標準建設。加快建立和推廣重點行業(yè)的技術標準，推動軟硬件體系協(xié)同進步與規(guī)?；l(fā)展。在消費電子、智能交通、智能家居、物流跟蹤等領域建立并推廣設備參數(shù)、通信協(xié)議、接口參數(shù)等方面的國家標準，以標準建設帶動操作系統(tǒng)與行業(yè)深度融合，逐步形成“以產(chǎn)業(yè)促標準，以標準促生態(tài)”的良性發(fā)展局面。

二是促進技術創(chuàng)新發(fā)展。鼓勵物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)開源社區(qū)建設，針對目前主流的操作系統(tǒng)技術路線（嵌入式、裁剪式、輕量化、通用型），打造專項開源項目，推動開源技術資源的迭代與積累。完善物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)技術協(xié)同創(chuàng)新體系，打造政、產(chǎn)、學、研、用和投資協(xié)同發(fā)展的體制機制，為技術創(chuàng)新發(fā)展匯聚更多資源、探索更多路徑。

三是推動產(chǎn)業(yè)生態(tài)發(fā)展。在市場端，要鼓勵物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)向垂直行業(yè)應用縱深發(fā)展，鼓勵領軍企業(yè)帶頭，以操作系統(tǒng)為平臺整合資源，在重點行業(yè)探索和建立行業(yè)上下游合作模式，形成大中小企業(yè)融通發(fā)展格局。在政策端，由主管部門牽頭成立產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，促進產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)作、加強產(chǎn)業(yè)間協(xié)同，合作探索操作系統(tǒng)與硬件體系協(xié)同發(fā)展創(chuàng)新路徑。

展望未來，物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的發(fā)展之路依然嚴峻，最大的困擾是沒有一個可持續(xù)的商業(yè)模式，無論多大的企業(yè)都很難持久投入。傳統(tǒng)嵌入式OS授權和服務模式在這個領域很難奏效，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)不惜重金投入開發(fā)，開源建立其生態(tài)，目標就是引流，未來靠數(shù)據(jù)盈利，但周期一定是很長的。物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)在某些垂直市場有了一些商機，比如汽車通信與控制架構改變、車機顯示升級和安全認證帶來商業(yè)軟件收費機會。對于國內(nèi)廠商，如果沒有成功的商業(yè)模式支撐， 物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)市場的挑戰(zhàn)是十分嚴峻的。面對未來，夯實客戶基礎、鞏固主力市場、與芯片公司和產(chǎn)業(yè)巨頭合作、共建互利互惠的商業(yè)模式，是當務之急。

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