物联网 *** 作系统由内核、辅助外围模块(文件系统、图形用户界面、通信协议栈、各类常见设备的驱动程序等)、集成开发环境等组成,基于此,可衍生出一系列面向行业的特定应用,下图展示了这个概念:
物联网 *** 作系统与传统的个人计算机 *** 作系统和智能手机类 *** 作系统不同,它具备物联网应用领域内的一些独特特点,现说明如下。
物联网 *** 作系统内核的特点
1、内核尺寸伸缩性强,能够适应不同配置的硬件平台。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,这时候内核具备基本的任务调度和通信功能即可。在另外一个极端的情况下,内核必须具备完善的线程调度、内存管理、本地存储、复杂的网络协议、图形用户界面等功能,以满足高配置的智能物联网终端的要求。这时候的内核尺寸,不可避免的会大大增加,可以达到几百K,甚至M级。这种内核尺寸的伸缩性,可以通过两个层面的措施来实现:重新编译和二进制模块选择加载。重新编译措施很简单,只需要根据不同的应用目标,选择所需的功能模块,然后对内核进行重新编译即可。这个措施应用于内核定制非常深入的情况下,比如要求内核的尺寸达到10K以下的场合。而二进制模块选择加载,则用在对内核定制不是很深入的情况。这时候维持一个 *** 作系统配置文件,文件里列举了 *** 作系统需要加载的所有二进制模块。在内核初始化完成后,会根据配置文件,加载所需的二进制模块。这需要终端设备要有外部存储器(比如硬盘、Flash等),以存储要加载的二进制模块;
2、内核的实时性必须足够强,以满足关键应用的需要。大多数的物联网设备,要求 *** 作系统内核要具备实时性,因为很多的关键性动作,必须在有限的时间内完成,否则将失去意义。内核的实时性包涵很多层面的意思,首先是中断响应的实时性,一旦外部中断发生, *** 作系统必须在足够短的时间内响应中断并做出处理。其次是线程或任务调度的实时性,一旦任务或线程所需的资源或进一步运行的条件准备就绪,必须能够马上得到调度。显然,基于非抢占式调度方式的内核很难满足这些实时性要求;
3、内核架构可扩展性强。物联网 *** 作系统的内核,应该设计成一个框架,这个框架定义了一些接口和规范,只要遵循这些接口和规范,就可以很容易的在 *** 作系统内核上增加新的功能的新的硬件支持。因为物联网的应用环境具备广谱特性,要求 *** 作系统必须能够扩展以适应新的应用环境。内核应该有一个基于总线或树结构的设备管理机制,可以动态加载设备驱动程序或其它核心模块。同时内核应该具备外部二进制模块或应用程序的动态加载功能,这些应用程序存储在外部介质上,这样就无需修改内核,只需要开发新的应用程序,就可满足特定的行业需求;
4、内核应足够安全和可靠。可靠性就不用说了,物联网应用环境具备自动化程度高、人为干预少的特点,这要求内核必须足够可靠,以支撑长时间的独立运行。安全对物联网来说更加关键,甚至关系到国家命脉。比如一个不安全的内核被应用到国家电网控制当中,一旦被外部侵入,造成的影响将无法估量。为了加强安全性,内核应支持内存保护(VMM等机制)、异常管理等机制,以在必要时隔离错误的代码。另外一个安全策略,就是不开放源代码,或者不开放关键部分的内核源代码。不公开源代码只是一种安全策略,并不代表不能免费适用内核;
5、节能省电,以支持足够的电源续航能力。 *** 作系统内核应该在CPU空闲的时候,降低CPU运行频率,或干脆关闭 CPU。对于周边设备,也应该实时判断其运行状态,一旦进入空闲状态,则切换到省电模式。同时, *** 作系统内核应最大程度的降低中断发生频率,比如在不影响实时性的情况下,把系统的时钟频率调到最低,以最大可能的节约电源。
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