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。
物联网 *** 作系外围模块的特点
外围模块指为了适应物联网的应用特点, *** 作系统应该具备的一些功能特征,比如远程维护和升级等。同时也指为了扩展物联网 *** 作系统内核的功能范围,而开发的一些功能模块,比如文件系统、网络协议栈等。物联网 *** 作系统的外围模块(或外围功能)应该至少具备下列这些:
1、支持 *** 作系统核心、设备驱动程序或应用程序等的远程升级。远程升级是物联网 *** 作系统的最基本特征,这个特性可大大降低维护成本。远程升级完成后,原有的设备配置和数据能够得以继续使用。即使在升级失败的情况下, *** 作系统也应该能够恢复原有的运行状态。远程升级和维护是支持物联网 *** 作系统大规模部署的主要措施之一;
2、支持常用的文件系统和外部存储。比如支持FAT32/NTFS/DCFS等文件系统,支持硬盘、USB stick、Flash、ROM等常用存储设备。在网络连接中断的情况下,外部存储功能会发挥重要作用。比如可以临时存储采集到的数据,再网络恢复后再上传到数据中心。但文件系统和存储驱动的代码,要与 *** 作系统核心代码有效分离,能够做到非常容易的裁剪;
3、支持远程配置、远程诊断、远程管理等维护功能。这里不仅仅包涵常见的远程 *** 作特性,比如远程修改设备参数、远程查看运行信息等。还应该包涵更深层面的远程 *** 作,比如可以远程查看 *** 作系统内核的状态,远程调试线程或任务,异常时的远程dump内核状态等功能。这些功能不仅仅需要外围应用的支持,更需要内核的天然支持;
4、 支持完善的网络功能。物联网 *** 作系统必须支持完善的TCP/IP协议栈,包括对IPv4和IPv6的同时支持。这个协议栈要具备灵活的伸缩性,以适应裁剪需要。比如可以通过裁剪,使得协议栈只支持IP/UDP等协议功能,以降低代码尺寸。同时也支持丰富的IP协议族,比如Telnet/FTP/IPSec/SCTP等协议,以适用智能终端和高安全可靠的应用场合;
5、对物联网常用的无线通信功能要内置支持。比如支持GPRS/3G/HSPA/4G等公共网络的无线通信功能,同时要支持Zigbee/NFC/RFID等近场通信功能,支持WLAN/Ethernet等桌面网络接口功能。这些不同的协议之间,要能够相互转换,能够把从一种协议获取到的数据报文,转换成为另外一种协议的报文发送出去。除此之外,还应支持短信息的接收和发送、语音通信、视频通信等功能;
6、内置支持XML文件解析功能。物联网时代,不同行业之间,甚至相同行业的不同领域之间,会存在严重的信息共享壁垒。而XML格式的数据共享可以打破这个壁垒,因此XML标准在物联网领域会得到更广泛的应用。物联网 *** 作系统要内置对XML解析的支持,所有 *** 作系统的配置数据,统一用XML格式进行存储。同时也可对行业自行定义的XML格式进行解析,以完成行业转换功能;
7、支持完善的GUI功能。图形用户界面一般应用于物联网的智能终端中,完成用户和设备的交互。GUI应该定义一个完整的框架,以方便图形功能的扩展。同时应该实现常用的用户界面元素,比如文本框、按钮、列表等。另外,GUI模块应该与 *** 作系统核心分离,最好支持二进制的动态加载功能,即 *** 作系统核心根据应用程序需要,动态加载或卸载GUI模块。GUI模块的效率要足够高,从用户输入确认,到具体的动作开始执行之间的时间(可以叫做click-launch时间)要足够短,不能出现用户点击了确定、但任务的执行却等待很长时间的情况;
8、支持从外部存储介质中动态加载应用程序。物联网 *** 作系统应提供一组API,供不同应用程序调用,而且这一组 API应该根据 *** 作系统所加载的外围模块实时变化。比如在加载了GUI模块的情况下,需要提供GUI *** 作的系统调用,但是在没有GUI模块的情况下,就不应该提供GUI功能调用。同时 *** 作系统、GUI等外围模块、应用程序模块应该二进制分离, *** 作系统能够动态的从外部存储介质上按需加载应用程序。这样的一种结构,就使得整个 *** 作系统具备强大的扩展能力。 *** 作系统内核和外围模块(GUI、网络等)提供基础支持,而各种各样的行业应用,通过应用程序来实现。最后在软件发布的时候,只发布 *** 作系统内核、所需的外围模块、应用程序模块即可。
物联网 *** 作系统集成开发环境的特点
集成开发环境是构筑行业应用的关键工具,物联网 *** 作系统必须提供方便灵活的开发工具,以开发出适合行业应用的应用程序。开发环境必须足够成熟并得到广泛适用,以降低应用程序的上市时间(GTMT)。集成开发环境必须具备如下特点:
1、 物联网 *** 作系统要提供丰富灵活的API,供程序员调用,这组API应该能够支持多种语言,比如既支持C/C++,也支持Java、Basic等程序设计语言;
2、 最好充分利用已有的集成开发环境。比如可以利用Eclipse、Visual Studio等集成开发环境,这些集成开发工具具备广泛的应用基础,可以在Internet上直接获得良好的技术支持;
3、 除配套的集成开发环境外,还应定义和实现一种紧凑的应用程序格式(类似Windows的PE格式),以适用物联网的特殊需要。通过对集成开发环境进行定制,使得集成开发环境生成的代码,可以遵循这种格式;
4、 要提供一组工具,方便应用程序的开发和调试。比如提供应用程序下载工具、远程调试工具等,支撑整个开发过程。
可以看出,上述物联网 *** 作系统内核、外围模块、应用开发环境等,都是支撑平台,支撑更上一层的行业应用。行业应用才是最终产生生产力的软件,但是物联网 *** 作系统是行业应用得以茁壮生长和长期有效生存的基础,只有具备了强大灵活的物联网 *** 作系统,物联网这棵大树才能结出丰硕的果实。
物联网(Internet of Things,IoT)是一种技术,它通过在物品上安装传感器和控制器,将物品与互联网相连接,使物品具备智能化功能。物联网的安装包括两个部分:硬件安装和软件安装。
硬件安装包括安装传感器和控制器。首先,需要在物品上安装相应的传感器,使之能够收集到周围环境的信息。接着,需要安装控制器,使之能够对物品进行控制。一般来说,这些传感器和控制器都需要通过线缆与物品相连接,以便传输数据。
软件安装包括安装物联网系统软件。这部分的安装一般是在硬件安装完成后进行的。需要在物品上安装相应的物联网系统软件,使之能够收集、处理和传输数据。这些软件通常可以通过互联网下载,然后通过物品本身的控制界面进行安装。
安装物联网系统时,需要注意以下几点:
确保传感器和控制器安装牢固,避免掉落或损坏。
确保软件安装正确,避免出现错误
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