如何让“哑”终端进化，你知道吗？

摘要：谈到物联网，最大的问题之一就在于沟通，不同设备、不同标准之间的沟通、软件与硬件的沟通。如何解决这种 “沟通”问题，操作系统变得尤为重要。



提到操作系统，第一时间我们就会想到运行在电脑上的Windows，想起运行在手机上的安卓。这些系统直接运行在“裸机”设备的最低层,搭建起其他软件、应用运行的环境与基础。操作系统的兴起、完善，促成了软件与应用的兴起,铸就了辉煌的PC时代与移动互联网时代。



谈到物联网，最大的问题之一就在于沟通，不同设备、不同标准之间的沟通、软件与硬件的沟通。如何解决这种 “沟通”问题，操作系统变得尤为重要。物联网操作系统调度“物体”本身，对“物体”的调度过程通过层层分发、层层下达，通过调度云、边、端，不同层级中不同设备的计算资源而实现。因此，物联网中的操作系统涉及到芯片层、终端层、边缘层、云端层等多个层面



当前很多物联网设备已经从传统意义上的“哑”设备成功转型为智能化设备。那么一个设备从“哑”到智能化，必须面对两个问题：资源管理、设备的互联互通。而在这物联网操作系统百家争鸣，百花齐放的时代，华为LiteOS物联网操作系统要如何破浪前进？



LiteOS资源管理：麻雀虽小，五脏俱全



说到物联网操作系统，不得不提物联网的内核，一个内核要具备尺寸伸缩性强、实时性必须足够强、架构可扩展性强、足够安全和可靠、低功耗节能省电等优良特质。比如，一个极端的情况下，内核尺寸必须维持在10K以内，以支撑内存和CPU性能都很受限的传感器。这要求内核需具备完善的任务调度、内存管理、本地存储、复杂的网络协议等功能，以满足高配置的智能物联网终端的要求。



LiteOS内核的资源管理，可分为四个部分：时间管理、存储管理、硬件管理、同步通信资源。在LiteOS的最底层，实现的是对各类硬件的一个总体抽象，这主要是解决LiteOS和CPU体系的耦合。对于操作系统核心而言，和CPU的耦合主要在于任务的调度、异常的处理等，这和每个CPU体系架构强相关。LiteOS的任务调度，正是基于CPU架构而非单个特定的CPU，目前已经支持ARMV6M、ARMV7M、RISIC-V等，这就意味着，LiteOS可以在不同的MCU厂商的产品上做到无缝移植，降低设备厂商切换硬件的难度。



一般的内存管理都是采用的双链表模式，按需分配。那么这个时候就会带来一个问题，如何管理这个双向链表呢？普通的双向链表，对查找比较麻烦，有序的双向链表，对排序的时间存在不确定性，这会给开发者带来困扰。为了降低开发者对时间搜索的不确定性，LiteOS采用了TLSF以及基于红黑树的二叉搜索树，这两个方法将会大大的降低我们搜索的复杂度。当内存经过多次的申请和释放之后，组织空闲内存的线性链表可能很长，在这种情况下如果去搜索一个匹配的内存可能很费劲，因为你不知道最合适的内存在什么位置（有可能在链表尾部）。而采用TLSF的方式，通过计算MAP的位置，可以一次命中，这样就让开发者查找一块空闲的内存时间变得更加确定。



同时，LiteOS的中断管理、驱动等功能，还给传统裸机开发者带来更好的开发体验。例如中断管理，我们知道在MCU上，串口的数量比较多，每个串口都可能分配一个中断号，如果是裸机开发者，就不得不写很多中断服务函数挂载到中断表中。而LiteOS的中断管理，开发者可以通过采用注册的方式，传递相同的服务函数，只需参数不同即可，这就意味着开发者可以实现串口中断函数的最大复用，同样的道理，还可以应用到驱动程序中。



LiteOS互联互通：有趣的灵魂万里挑一，做开发者钟爱的皮囊——提供快速集成和统一的协议



LiteOS的资源管理，是为满足开发者对资源管理的诉求，解决物联网硬件上的碎片化而生。就拿TCPIP通信来说，实现方式就千奇百怪，有使用蜂窝模组自带的SOCKET、有使用PPP拨号、有使用WIIF模组、有使用LWIP这样的软件协议栈的。不是说这样不好，毕竟它们都是有趣的灵魂；但是对于开发者而言，会带来一个问题——为了保证兼容性，他们不得不基于TCPIP进行开发，从而导致代码出现各种各样的宏开关，到最后这种代码几乎没有办法维护。



为了解决开发者委曲求全的适配各种方式带来毁灭性的维护问题，LiteOS提出组件功能标准化。不论你是WIFI模组还是LTE模组，还是其他的软件栈，只要采用统一的标准API之后，各种各样形态的组件，就像是菜单上的一个选项，只需要打勾选择想要即可。LiteOS操作系统从内核到互联网协议的抽象层框架，构建统一的API标准。基于这个标准，开发者可以快速将协议或者其他组件插入到框架，帮助开发者复用已有能力，也加快了集成的效率。



LiteOS一键上云：采用积木式的组件和组装模式，更灵活轻便



在华为云IoT的云管端战略中，LiteOS承担着云服务落地的关键角色，因此如何更好的、更合理的引导终端设备快速的上云是LiteOS的主要目标。整体看，LiteOS可以分作两部分：



• LiteOS的内核，这部分主要是用来管理端侧资源，让端侧设备更好、更方便的使用端侧的各种硬件资源；

• LiteOS的互联互通性，将云服务做到协议无关性，更方便的在各种传统设备上集成。



原则上，LiteOS的各个模块在开发设计过程中，可以做到模块解耦、可裁剪、可配置。从这可以看出LiteOS在开发整体上，可以说是属于 “积木型开发”，开发者像搭建积木一样简单来使用，可以按照自己的实际应用场景，选择不同的解决方案，从而解决物联网碎片化的问题。



但用原始的小积木搭建一个满意的作品，也要有设计的一个过程，包括选择何种协议，使用哪个组件。事实上，物联网设备存在一个“老大难”的问题——存储资源、计算资源有限。例如，TLS除了要占用大几十KB的ROM和RAM以外，还非常消耗我们的计算资源；在一个200M主频的MCU在ECHDA模式下，握手协议过程都需要接近10秒钟，对于那些低速设备可能会更长。



在这种情况下，如果告诉你，有个模组，通过简单的AT指令就可以直接和华为云IoT互通，你会不会很惊喜呢？华为LiteOS将互联互通功能集成到了模组内部，丰富自运算资源、存储资源。设备厂家通过简单的AT指令就可以调用LiteOS的互联API，省却了移植、配置等烦恼，再也不用考虑和云对接的底层流程和详细细节。



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