國產物聯網操作系統的出路在哪裡？

一、背景和現狀

物聯網操作系統作為操作系統的一個分支領域已經有了數十年的歷史，作為應用領域最為寬廣、設備數量最為巨大的應用領域，物聯網操作系統並沒有發展出如個人桌面應用領域Windows/Linux、移動端應用領域Android/iOS這樣巨頭式的操作系統，而是保持一種百家爭鳴百花齊放的態勢，但是總體而言還是國外廠商特別是美國公司的天下，比如ThreadX、FreeRTOS、vxWorks等。

如今複雜形勢讓我們加倍感受到國產自主操作系統的重要性，因此國產物聯網操作系統也迎來了快速發展的窗口期。

1.1、國產物聯網操作系統市場規模

根據智研諮詢發佈的《2021-2027年中國物聯網操作系統行業市場深度分析及行業發展趨勢報告》

顯示：我國物聯網操作系統行業增長快速，市場規模從2015年的4.58億元增長到2019年的10.92億元。

如圖所示：

圖1：中國物聯網操作系統市場規模
1.2、國內物聯網操作系統格局

操作系統作為物聯網時代的戰略制高點，國內許多企業早己展開了佈局，大批的物聯網操作系統己開始湧現。

例如，華為面向物聯網領域開發的廣泛應用於智能家居、穿戴式、工業等領域的Lite OS；阿里廣泛應用在智能家居、智慧城市、新出行等領域的AliOS Things；海爾優家專為智慧家庭定製的場景生態操作系統UHomeOS；新華三自主研發的面向智慧城市、工業、農業、校園、醫院、可穿戴等物聯網領域的綠洲OS；廣泛應用於能源、車載、醫療、消費電子等多個行業的RT-Thread；上海慶科聯合阿里智能雲發佈的己被廣泛應用於智能家電、照明、醫療、安防、娛樂等物聯網應用市場的Mico OS等等。

二、物聯網操作系統發展展望

物聯網操作系統的發展和物聯網行業的整體發展是不可分割，物聯網行業發展呈現以下幾個趨勢：

功能需求越來越複雜
芯片能力越來越強
設備數量越來越多
行業競爭越來越激烈
下面就從這幾個行業發展趨勢來展望物聯網操作系統的發展趨勢。

2.1、如何滿足功能需求愈加負責的問題？

物聯網應用呈現“場景更多、應用更復雜、計算能力更強”的趨勢，針對這些趨勢，物聯網操作系統需要解決更加碎片化的需求和更加強大的計算能力需求。

一方面針對應用場景需求增加的問題，操作系統需要更加豐富的系統能力解決各種應用場景問題，這些系統能力通過組件化的形式方便客戶按需採用；另一方面為了解決計算能力要求更強特別是AI需求的問題，需要依賴雲或者邊緣側強大的計算能力，將設備端的計算需求轉移到雲側或者邊緣側，打造“雲端一體”的操作系統。

2.2、如何充分發揮愈加強大的芯片的問題？

近年來隨著芯片行業的發展，物聯網芯片能力越來越強，主頻從10MHz到1GHz、RAM從100KB到500MB不等，內核從單核到多核甚至多核異構。

為了充分發揮愈加強大的芯片的能力，也要求物聯網操作系統在性能上有更好的優化，比如硬實時性、中斷延遲、SMP/AMP支持等能力。

2.3、如何協調多設備間協同和安全的問題？

物聯網設備數量每年的增幅遠大於移動互聯網數量的增幅，目前在城市、園區、家居中有越來越多的物聯網設備，當設備數量非常大的時候會產生以下兩個問題：

多設備之間互聯的需求
設備的安全問題
這兩個問題也是物聯網操作系統需要面對解決的問題，設備的連雲、設備之間的連接、連接的安全性能這些都是物聯網的基礎設施。

2.4、如何緩解行業競爭愈發激烈的問題？

隨著物聯網行業的蓬勃發展，物聯網的從業公司和人數都越來越大，行業競爭壓力更大。從業者面臨著如何快速適應市場變化如何活下來的問題。這就要求物聯網操作系統能夠適應市場需求，可以提供更加方便和快捷的開發方式，縮短產品從開發到上市的時間，幫助從業者快速贏得市場份額。

總之，物聯網操作系統的目的在於解決物聯網行業發展面臨的問題。因此針對以上幾個行業發展趨勢，物聯網操作系統發展趨勢包括下面的幾個方向：

豐富的組件：解決行業應用場景越來越發散的問題
雲邊端一體：通過“雲邊”的計算能力解決行業應用越來越複雜的問題
OS性能提升和多核異構支持：解決隨著芯片能力越來越強，如何賦能芯片的問題
萬物互聯：解決設備之間連接的問題
安全能力：解決設備安全問題
低代碼開發和硬件積木開發：解決開發難度大，減少上市時間長的問題

三、AliOS Things物聯網操作系統

3.1、AliOS Things介紹

AliOS Things是目前國內廣泛使用的、完全自主知識產權、高可伸縮的物聯網統一操作系統，致力於推進物理世界數字化、智能化的發展。具備極致性能、極簡開發、雲端一體、豐富組件、安全防護等關鍵能力，並通過接入阿里雲平臺聚合了阿里經濟體各類服務，可廣泛應用在智能家居、智慧城市、新工業、新出行等領域。AliOS Things採用友好的Apache2.0協議，在2017年通過GitHub開源第一個版本，2020雲棲大會發布了4.0版本，累積賦能上億臺物聯網智能設備，並於2020年捐獻給開放原子開源基金會。

3.2、AliOS Things技術架構

AliOS Things操作系統包含從底層硬件到上層應用服務框架的完整設計，從南向北分成Hardware, Kernel, Interface, Components，Service, Application Framework, Application 7層，如下圖所示：

Hardware：目前已經支持了主流的ARM Cortex-M系列，Cortex-A系列，包括單/多核等芯片平臺。對平頭哥芯片（RISC-V架構）的支持也在開發中，計劃在下一個OS版本中支持。
Kernel：全新的微內核架構設計，擁有諸多的技術優勢，其中包括：先進的IPC跨進程通信能力、更公平的CFS內核調度機制、高效的內存管理機制、內核對象設計、進程動態加載、卸載機制
Interface：Interface層為用戶態程序訪問內核接口提供了標準、統一的接口，目前微內核OS版本已經完整兼容了POSIX接口，擴展的接口部分統一採用AOS的命名方式提供給用戶態程序，簡單易懂。
Components：從AliOS Things 1.0開始，OS組件的開發一直都是OS開發的重中之重。目的就是縮小和Linux, Android上豐富的組件能力之間的差距，為應用開發者提供零移植成本的良好體驗，目前組件涵蓋以下部分：文件系統組件、網絡組件、圖形驅動組件、音視頻驅動組件、安全組件、日誌組件、功耗管理組件
Services：AliOS Things微內核版本中首次引入了“Service服務框架”的能力，目的是將底層硬件的能力抽象成統一標準的接口、再根據業務場景二次開發、最終為多個應用程序提供標準服務的能力。目前已經支持的Service包括：視頻服務、圖形服務、音頻服務、觸摸屏等Input服務、藍牙服務、WLAN服務
Application Framework：為了同時滿足“小程序應用”和“本地應用”的場景需求，我們分別構建了ASI (Alibaba Service of IoT)服務框架以及小程序服務框架：
ASI服務框架主要是為本地應用場景服務的，例如在可穿戴智能手錶上常用的支付服務，智能語音服務，本地傳感器服務以及端雲一體的雲存儲服務等。ASI服務框架是AliOS Things在過去實際項目和業務迭代中沉澱下來的優秀的應用服務框架，基於這些服務框架客戶可以快速的定製類似的產品，加快項目落地節奏
小程序服務框架是AliOS Things 4.0版本重點打造的、業界領先的服務框架。支持JS開發，輕量級的ARiver++小程序容器，支持Cube & Coral渲染引擎，向下兼容AliOS Things Application Framework。目前我們已經在帶屏智能設備中落地了小程序應用框架Lite版本的能力

3.3、AliOS Things優勢

AliOS Things操作系統的優勢如下圖所示：

可伸縮彈性強：一切皆組件，內核精簡，組件高度可配置，彈性支持從低端到高端各種應用場景；
高安全可靠：內核/驅動/各應用間地址空間隔離，整體安全性高；組件間耦合低，維護成本低；
兼容Linux生態：原生支持700+ POSIX API，VFS驅動框架等，移植成本低；
組件豐富：集成網絡協議棧、文件系統、GUI框架、音視頻能力、OTA能力、IoT小程序框架等200多個組件，滿足各類物聯網應用場景，開發成本低；
低代碼開發：首推HaaS軟硬件積木平臺，配套各類HaaS軟硬件積木，快速組裝，支持拖拽式開發，支持JS輕應用開發，開發門檻低；
雲端一體：依託阿里雲，支持設備運維管理、文件存儲等雲端一體的應用；集成阿里巴巴集團內部小程序、支付、定位等，生態能力豐富；
社區活躍度高：GitHub/Gitee/CSDN上開源，並捐贈給開放原子開源基金會共建；微信公眾號和CSDN企業號文章，線下高校巡迴，線上直播；
自主知識產權：完全自主知識產權，國產安全可控；