物联网时代,十岁RT-Thread欲再攀高峰

2016-07-27 16:10:00
电子发烧友
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摘要:对于采用不同芯片和硬件的嵌入式产品而言,一个具有统一标准协议、统一软件API和完整软件协议栈的RTOS(实时操作系统)就显得非常重要。 国产的开源嵌入式实时操作系统RT-Thread正是为解决这些行业内的共性问题而诞生的。
十年耕耘获认可

据RT-Thread创始人熊谱翔介绍,RT-Thread诞生于2006年。

而追溯其初体验操作系统的历史,可以回溯到1998年,那时刚接触电脑的他,就折腾了DOS,Windows,Linux,FreeBSD等系统。毕业后在上海贝尔和阿尔卡特任职的经历,也让熊谱翔有更多机会体验VxWorks、NucleusPlus和ThreadX等系统。

从大学到就业期间,熊谱翔就一直与嵌入式设备及实时操作系统打交道,在这个过程中他也保持关注着Linux,关注着开源的发展,积累相关经验。

到后来,在主观意愿和朋友项目需求的双重影响下,熊谱翔在2006年顺势推出了RT-Thread。开启了国产RTOS创业历程,从RT-Thread的发展阶段来看,大致经历了如下几个阶段:

1)初创期,2006-2009,兴趣驱动,以社区互动为主;

2)稳定期,2009-2011,RT-Thread趋于稳定,一些高校开始使用RT-Thread。打印机,水利行业有些产品开始使用RT-Thread。山东一家上市公司开始使用RT-Thread作为产品开发平台。

3)成长期,2011-2015,工业控制,电力,新能源,高铁,医疗设备行业都开始逐步使用RT-Thread。许继,金智,远景,新誉等行业龙头公司都使用RT-Thread作为产品开发平台。

4)发展期,2015到现在,电力行业,新能源行业,水利设备,医疗设备,打印机、扫描仪,家电等几乎所有嵌入式行业都有使用RT-Thread的案例。国内第一梯队的家电公司开始使用RT-Thread。成为国内数家IC公司的标配操作系统。

从最初只支持AMRM7TDMI,ARM Cortex-M开始,到现在支持ARM Cortex-A,MIPS,龙芯和君正处理器等。RT-Thread在短短十年间已经发展成为国内支持处理器架构,芯片型号最广的开源实时嵌入式操作系统。

由于RT-Thread自诞生以来就一直坚持大家参与、大家获取的开源发展原则,这就使得RT-Thread能被广泛应用在各行各业,并与主流开源Linux操作系统形成有益的补充(Linux用于规格高的处理器中,而RT-Thread应用于资源紧凑的微处理器,微控制器中)。

熊谱翔告诉电子发烧友网, RT-Thread已经被无数厂商证明可稳定应用于产品,工程中(主要涉及到电力行业,新能源行业,水利设备,医疗设备,打印机、扫描仪,家电等)。这就为中国企业使用嵌入式操作系统提供了一种国产的产品级开源嵌入式操作系统解决方案,从而不再受制于一些国外技术。

众多优势是保证

RT-Thread能获得市场的认可,与其本身的众多优势密不可分,熊谱翔说。

虽然市场上有很多RTOS(例如FreeRTOS,ucos-ii/iii,ThreadX,NuclearPlus,vxWorks等)。相比他们,RT-Thread还是有很多的优势。

首先应该明确的是RT-Thread不仅仅是一个(硬实时)内核,还是一个携带周边丰富组件的实时嵌入式操作系统,能够满足从小型微控制器(低到数kB内存的微控制器)到多核处理器的复杂功能应用(SMP/AMP多核多操作系统,其中一个核心使用RT-Thread用于实时控制等)。

其次,从支持的角度来说,RT-Thread也有很多令人称赞的地方:

1)支持多架构:从ARM架构,到MIPS,x86,PowerPC等。

2)支持多编译器多集成开发环境:GNU GCC,armcc,IAR,甚至是TI CCS,基于Windows模拟的VC++编辑器等。

再次,当开发者接触到RT-Thread,还会获得以下惊喜:

1)有个交互性非常棒的命令行用于调试,查看系统信息。系统不再是黑盒子,而是开发者可以通过几条简短命令就能够动态地了解到系统的运行状况;

2)构建系统是scons,有一定的入门门槛,但当用起来后,普遍感觉非常方便,不管是用它来生成各集成开发环境工程文件(Keil, IAR, VC++等),还是Windows/Linux下的无缝编译;

3)稳定,稳定,内核+文件系统+网络协议栈足够稳定!

物联网时代给RTOS带来的新需求

虽然RT-Thread现在取得了尚算不错的成绩,但随着物联网和智能硬件的飞速发展,嵌入式系统也在步入了新阶段。多样化联网、实时性和高响应的需求, 给RT-Thread带来全新的挑战。

大家都知道,RTOS通常指的是实时操作系统,其性能考量主要体现在在对任务的调度具备实时性,也就是说在一个限定的时间周期内,任务对事件的响应及正确处理。这个时间周期包括了恒定处于这个时间周期内(硬实时),和(极低概率地)偶尔超出这个限定的时间周期(软实时)。

智能硬件的爆发,对RTOS的需求不再仅仅满足于RTOS原有的实时性上,更与日益应用广泛的两方面密切关联起来:

1)智能手机和云端应用。智能硬件多与手机进行互动,或由手机进行操作控制,或借助手机反映出更多的设备信息;

2)智能硬件不再是孤立的设备,而是与云连接起来。

这些产品的需求主要体现在如下方面:

1) 芯片和硬件:互联网时代主要硬件载体是PC和服务器,主要芯片供应商是Intel,AMD;

而到了移动互联网时代,主要硬件载体则转变为手机,平板,主要芯片供应商也变成了高通,MTK,Intel,三星,展讯等几家;再到硬件和物联网时代,各类不同架构和平台的芯片种类繁多,几乎每一款智能硬件的基础硬件平台都不相同。

相对应的,互联网时代操作系统主要是Windows;移动互联网时代操作系统主要是Android和IOS;到了智能硬件和物联网时代,则很难产生一统天下的操作系统,于是行业需要各有特色,能满足不同需求的操作系统。

2) 计算,存储资源:大多智能硬件对于成本都有要求,因此计算和存储资源会非常有限;目前手机上的处理器主频一般是超过1G,ROM和RAM能达到64G,4G,而智能硬件上的计算资源很多是低于100M,ROM和RAM小于100K字节;

3) 传感器:智能硬件通过各类传感器来感知环境,并通过各种不同的传感器融合算法得出感知的结果。

4) 功耗:智能硬件一般都是使用电池供电,因此需要设备大部分时间进入低功耗休眠状态。

5) 联网:智能硬件不是单一,孤立的设备,它们需要通过各种有线或者无线的方式与其他设备和互联网进行通信,有线方式主要是以太网,串口,无线方式则有WiFI,蓝牙,2G/3G/4G,Zigbee, Thread等各种不同标准的协议。

6) 安全:一是指智能设备自身的可靠性,二是指设备连接网络和进行通信的安全。

7) 开机时间和响应速度:电脑和手机的开机时间可以达到几十秒,但智能硬件一般需要在上电后的几毫秒内立刻启动并能够运行;

8) 轻量化的多媒体功能:不少智能设备需要轻量化的多媒体功能,如语音,显示触摸屏,摄像头功能等,但不需要像电脑和手机那么强大的计算和存储资源。

智能硬件的这些需求特点决定了Linux,Android, IOS不是适合的操作系统,智能硬件需要使用RTOS,并且对RTOS提出了更高的要求:

1) 需要能够支持不同架构的处理器,需要有硬件抽象层和设备管理器来管理不同的硬件设备。

2) 能够支持计算,存储资源有限的设备,RTOS本身的ROM和RAM资源占用少。

3) 具备传感器管理框架来管理众多的传感器设备,能够提供或者整合感知融合算法。

4) 提供低功耗管理机制,来帮助设备进行低功耗管理。

5) 网络特性变成RTOS的基础标配,需要能够支持各种网络协议,以太网,Wi-FI,蓝牙,2G/3G/4G,Zigbee, Thread等。

6) 能够支持网络升级功能,各种加密机制,安全的套接字功能。

7) 能够支持轻量级的显示UI,音频和视频框架和智能算法。

8) 支持POSIX标准,方便移植程序;并且能够支持脚本语言开发。

直面机遇与挑战,再攀高峰

熊谱翔对电子发烧友网记者说,虽然现在的物联网时代给RT-Thread带来了巨大的挑战,但这也正是他们的一个新的机遇,让他们有机会再攀一个新高峰。

熊谱翔给记者介绍了他所看到的新机遇:

第一,物联网和智能硬件时代正在到来,IDC的最新统计报告显示,到2020年,全球物联网市场规模将会增长至3.04万亿美元,而全球物联网设备将会达到300亿台,传统企业和新兴的智能硬件,物联网企业普遍提出如下需求:

a. 智能化需求,提升芯片计算能力,从8位单片机到32位微控制器,使用嵌入式操作系统,提升UI效果和使用语音交互,图像识别,手势控制,大数据等人工智能技术;

b. 网络化需求,使用BLE,WiFi,Zigbee,Thread等技术进行联网,对接云平台;

c. 平台化需求,随着产品复杂度的提升,需要使用更通用和便利开发的软件平台,具备低功耗,低资源占用,可裁剪扩展,高稳定性和可靠性的特点;

而以上这些需求,恰好都是 RT-Thread嵌入式操作系统的用武之地;

第二,国内IC设计产业正在崛起,这些企业能够提供极具性价比的产品和更好的本土技术支持服务,而这些IC公司更需要本土的系统软件合作伙伴。

目前RT-Thread已与国内数家IC企业签署战略合作协议,RT-Thread已成为其标配的嵌入式操作系统,随着国内IC企业的整体崛起,RT-Thread的未来发展也是可期的。

而为了抓住这波机遇,RT-Thread表示首先会做到以下两点:

第一,RT-Thread主要足于基础措施,把基础一步步打扎实,扎实做事,把RT-Thread是一个嵌入式操作系统这件事情做好,为行业提供稳定,完整的基础设施,包括操作系统内核,文件系统,网络协议栈,以及通用的POSIX API标准。

第二,针对智能设备和物联网时代的需求特点,继续不断的完善和演进。

在满足这两点的前提下,RT-Thread也一直在不断地完善和演进,主要包括以下几个方面:

1) RT-Thread业已支持市场所有主流的芯片架构,包括ARM,MIPS, X86, PowerPC等,且已经支持超过三十种以上的芯片板级支持包,使用不同硬件平台的智能设备都可以很方便的使用RT-Thread。

2) RT-Thread提供了设备管理框架和传感器管理框架来管理各类硬件接口和传感器。

3) RT-Thread提供了低功耗管理框架来帮助设备进行低功耗管理。

4) 网络协议是RT-Thread从诞生之日起就密切关注的方向,RT-Thread完成了对各类网络协议的支持,包括Wi-Fi,2G/3G,蓝牙,6Lowpan,以太网,这就为上层应用提供相对了完善的BSD Socket接口。

同时因为标准的BSD Socket接口特性,所以它也支持Linux/Unix上的网络应用程序,例如支持MQTT,Protocol Buffers,Json这类适合网络传输和数据存储格式的支持;

5) RT-Thread提供了OTA升级,安全套接字,加密算法等安全类组件;

6) RT-Thread还开发了轻量级,低资源占用,类似Android的触控UI引擎和音视频框架。

丰富的组件,标准化的接口,国内越来越多的芯片厂家采用RT-Thread作为他们标配的操作系统,甚至把一份RT-Thread操作系统固化到他们的芯片ROM中。熊谱翔对电子发烧友网记者说。

展望未来,RT-Thread将在万物互联时代成为主流的物联网操作系统之一,熊谱翔强调。

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