萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存
2021年9月，工信部等八部委聯(lián)合發(fā)布《物聯(lián)網(wǎng)新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)三年行動(dòng)計(jì)劃(2021-2023年)》(以下簡(jiǎn)稱《計(jì)劃》)，提出到2023年底，在國(guó)內(nèi)主要城市初步建成物聯(lián)網(wǎng)新型基礎(chǔ)設(shè)施，物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)突破20億。今年10月，中國(guó)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)達(dá)到10億，全面實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)超過(guò)人聯(lián)網(wǎng)客戶數(shù)，正式邁入“物超人”時(shí)代。
萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代的加速到來(lái)，傳統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)已無(wú)法應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，行業(yè)需要更適合的專用物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，降低開(kāi)發(fā)難度，提升開(kāi)發(fā)效率，讓行業(yè)開(kāi)發(fā)者能更專注業(yè)務(wù)的開(kāi)發(fā)，形成物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用生態(tài)。李蒙分析，從物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)特征看，市場(chǎng)需要整體的解決方案，而各領(lǐng)域垂直行業(yè)存在天然專業(yè)壁壘，一家操作系統(tǒng)不可能獨(dú)占所有細(xì)分行業(yè)，在擅長(zhǎng)的細(xì)分領(lǐng)域耕耘，具有很大市場(chǎng)空間。物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)行業(yè)參與企業(yè)眾多，但都各自為戰(zhàn)，行業(yè)發(fā)展分散，各家市場(chǎng)占有率均比較低，遠(yuǎn)未形成壟斷巨頭，行業(yè)收斂是長(zhǎng)期過(guò)程，各家操作系統(tǒng)均有機(jī)會(huì)成為市場(chǎng)主流。
中國(guó)移動(dòng)OneOS作為一款專為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域全新設(shè)計(jì)的輕量級(jí)操作系統(tǒng)，具有可裁剪、跨平臺(tái)、低功耗、高安全等特點(diǎn)。在底層芯片適配上，支持ARM Cortex-M/R/A、MIPS、RISC-V、LoongArch、Xtensa等主流CPU架構(gòu)，兼容POSIX、CMSIS等標(biāo)準(zhǔn)接口，并支持現(xiàn)在熱門的Micropython語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，提供圖形化開(kāi)發(fā)工具，能夠有效提高開(kāi)發(fā)效率并降低開(kāi)發(fā)成本，幫助客戶開(kāi)發(fā)穩(wěn)定可靠、安全易用的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。
中移物聯(lián)推出OneOS操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)自主可控
OneOS在2019年正式啟動(dòng)，當(dāng)時(shí)海內(nèi)外市場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜多變，科技受制于人、核心卡脖子問(wèn)題經(jīng)常發(fā)生，技術(shù)自立自強(qiáng)迫在眉睫。中移物聯(lián)作為中國(guó)移動(dòng)集團(tuán)專業(yè)全資子公司，多年來(lái)在物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)和終端、平臺(tái)側(cè)研發(fā)能力有深厚的積累，適時(shí)推出一款開(kāi)源中立、服務(wù)產(chǎn)業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，既是響應(yīng)國(guó)家自主可控政策，更是服務(wù)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)需求。
OneOS操作系統(tǒng)采用分層架構(gòu)設(shè)計(jì)，主體由驅(qū)動(dòng)、內(nèi)核、組件、安全框架組成。通過(guò)代碼模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)具備極高的可伸縮性，可結(jié)合垂直行業(yè)應(yīng)用靈活裁剪。OneOS內(nèi)核采用極簡(jiǎn)設(shè)計(jì)思路，在減少資源開(kāi)銷的情況下兼具優(yōu)秀的實(shí)時(shí)響應(yīng)特征，支持多任務(wù)管理調(diào)度，提供豐富的IPC策略，如信號(hào)量、互斥量、消息隊(duì)列、郵箱等，提供高效可靠的RTOS內(nèi)核支撐。
李蒙介紹，作為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域推出的輕量級(jí)操作系統(tǒng)，中國(guó)移動(dòng)OneOS具備高實(shí)時(shí)、高安全、高可靠的特性，實(shí)現(xiàn)底層關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控，對(duì)補(bǔ)齊我國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展短板、保障產(chǎn)業(yè)鏈安全穩(wěn)定具有重要意義。我們以O(shè)neOS為產(chǎn)品底座，結(jié)合圖形交互GUI、位置服務(wù)LBS、工業(yè)云化PLC、實(shí)時(shí)通話RTC、遠(yuǎn)程升級(jí)OTA等豐富應(yīng)用組件，深耕消費(fèi)電子、智慧城市、工業(yè)控制等行業(yè)領(lǐng)域。
TERRITORY.01
在消費(fèi)電子領(lǐng)域，我們與長(zhǎng)虹、康佳、幾米、迪沃、國(guó)家高端智能化家用電器創(chuàng)新中心等企業(yè)建立緊密的合作。以智慧學(xué)生卡為例，OneOS適配幾米物聯(lián)4G Cat.1芯片的學(xué)生卡，屏蔽芯片硬件差異，實(shí)現(xiàn)規(guī)模出貨;康佳阿斐亞空氣炸鍋搭載OneOS WiFi模組，提供OTA等能力，已上線中移IoT商城。
TERRITORY.02
在智慧城市建設(shè)領(lǐng)域，OneOS與大華、金卡、前衛(wèi)、京龍睿信等企業(yè)在安防、能源表計(jì)、門鎖門磁等許多產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)規(guī)模裝機(jī)。例如，與浙江大華成立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，打造軟件定義安防標(biāo)準(zhǔn)，OneOS裝載在智能門磁上實(shí)現(xiàn)量產(chǎn);與杭州拿云基于OneOS低功耗、遠(yuǎn)程OTA等能力組件，在智能煙感上量產(chǎn)出貨。
TERRITORY.03
在工業(yè)控制領(lǐng)域，我們與Codesys、威卡、中控、大方、芯馳、飛凌、研智科技、徐工集團(tuán)、三一重工等合作緊密。與蘇州大方基于OneOS開(kāi)發(fā)國(guó)產(chǎn)化特種車輛ECU產(chǎn)品，替代現(xiàn)有國(guó)外芯片+OS的方案;在寧波中控微工業(yè)芯片原生系統(tǒng)中，OneOS在其PLC產(chǎn)品及相關(guān)項(xiàng)目上全面應(yīng)用。
中國(guó)移動(dòng)OneOS自啟動(dòng)以來(lái)一步一個(gè)臺(tái)階，2020年發(fā)布了極簡(jiǎn)內(nèi)核的1.0版本;2021年發(fā)布了滿足功能安全和信息安全要求的2.0版本，系統(tǒng)的安全性和可靠性實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵突破;期間通過(guò)了IEC 61508、EAL 4+多項(xiàng)權(quán)威認(rèn)證，獲得了世界物聯(lián)網(wǎng)博覽會(huì)創(chuàng)新獎(jiǎng)，入選了世界互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)先科技成果和工信部物聯(lián)網(wǎng)示范項(xiàng)目，今年還入選了中央企業(yè)科技創(chuàng)新成果推薦目錄和物聯(lián)網(wǎng)十大技術(shù)創(chuàng)新工程。日前發(fā)布的OneOS3.0是長(zhǎng)周期支持版本，作為L(zhǎng)TS版本，經(jīng)歷了廣泛的和深入的測(cè)試，包含了大量安全積累和穩(wěn)定性改進(jìn)，李蒙表示，將對(duì)其保持長(zhǎng)周期的維護(hù)與技術(shù)支持。
OneOS 3.0內(nèi)核升級(jí)，安全可靠性大大提高
對(duì)于操作系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，內(nèi)核是最核心、最重要的部分。
相比以前的版本，OneOS 3.0版本的內(nèi)核功能以及性能有哪些提升？
李蒙跟我們分享了OneOS迭代升級(jí)的核心思路：OneOS采用可搶占式的實(shí)時(shí)輕量級(jí)內(nèi)核。在2.0版本上，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高效的任務(wù)管理和調(diào)度，實(shí)現(xiàn)了任務(wù)同步和通信。支持多種內(nèi)存分配算法，以適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)景。到了3.0版本，內(nèi)核功能將進(jìn)一步豐富。首先，支持對(duì)稱多處理器平臺(tái)，幫助高級(jí)應(yīng)用提高運(yùn)行效率;支持CPU親和度模型，以提高任務(wù)執(zhí)行效率，避免CPU進(jìn)行上下文切換，浪費(fèi)不必要的性能;支持MPU隔離保護(hù)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)核態(tài)訪問(wèn)空間和用戶態(tài)訪問(wèn)空間的隔離，關(guān)鍵數(shù)據(jù)區(qū)禁止篡改，代碼段保護(hù)，提高系統(tǒng)的安全性可靠性;增加了可維可測(cè)功能，比如IPC跟蹤、中斷檢測(cè)、任務(wù)軌跡跟蹤、伙伴監(jiān)控等，幫助開(kāi)發(fā)人員檢測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)、快速分析問(wèn)題。
同時(shí)，內(nèi)核性能也進(jìn)一步提升。在Cortex-M4平臺(tái)上，任務(wù)切換小于3us，中斷響應(yīng)最大時(shí)延小于6us，任務(wù)同步小于2.4us，任務(wù)通信小于6.3us。在多核Cortex-A9平臺(tái)上，核間任務(wù)同步小于1.3us，核間任務(wù)通信小于2.0us。任務(wù)調(diào)度時(shí)間復(fù)雜度，在主流RTOS系統(tǒng)中名列前茅。
安全可靠是實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)的基石，操作系統(tǒng)的安全性和防護(hù)能力對(duì)用戶來(lái)說(shuō)也至關(guān)重要。
OneOS在保障安全可靠方面有何新突破？
李蒙表示，物聯(lián)網(wǎng)作為國(guó)家新型關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)大多是具體應(yīng)用場(chǎng)景中的實(shí)時(shí)感知數(shù)據(jù)，其中不乏國(guó)家重要行業(yè)的敏感數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)安全保障是物聯(lián)網(wǎng)健康發(fā)展的重要基礎(chǔ)。在數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸安全方面，感知層節(jié)點(diǎn)設(shè)備通常結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、資源十分受限，無(wú)法支持傳統(tǒng)復(fù)雜的安全功能，為此OneOS針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全的新特點(diǎn)和新要求，研發(fā)出了更小更快的加密套件和安全傳輸協(xié)議棧，為物聯(lián)網(wǎng)終端提供全面的數(shù)據(jù)安全防護(hù)手段。
首先，在終端數(shù)據(jù)保護(hù)方面，OneOS安全團(tuán)隊(duì)自研輕量級(jí)的國(guó)產(chǎn)商用密碼SM系列算法套件，國(guó)密SM系列算法由我國(guó)自主設(shè)計(jì)，通過(guò)國(guó)家密碼局的認(rèn)定的通用算法。同時(shí)針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)終端小資源的特點(diǎn)進(jìn)行了專門的優(yōu)化設(shè)計(jì)，大大減少了套件本身對(duì)終端資源的占用，在同等硬件環(huán)境下，OneOS國(guó)密算法套件資源占用可減少34%，而加密效率可提升30%，大大降低了終端設(shè)備資源壓力，可以為更廣泛的設(shè)備提供數(shù)據(jù)保護(hù)。
其次，OneOS內(nèi)核安全和系統(tǒng)安全等經(jīng)過(guò)中國(guó)網(wǎng)絡(luò)安全審查技術(shù)與認(rèn)證中心的評(píng)估，獲得了國(guó)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)領(lǐng)域首張IT產(chǎn)品信息安全分級(jí)EAL4+認(rèn)證證書(shū)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的空白。
再次，在可靠性上，OneOS通過(guò)了IEC 61508 SIL3認(rèn)證，該標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證是判定物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)是否具備“高可靠RTOS”的權(quán)威標(biāo)志，標(biāo)志著OneOS具備了進(jìn)入生產(chǎn)制造、工業(yè)控制等行業(yè)的必備基礎(chǔ)。同時(shí)，企業(yè)和開(kāi)發(fā)者在使用OneOS開(kāi)發(fā)軟件產(chǎn)品時(shí)，不僅在基礎(chǔ)系統(tǒng)的可靠性上有了強(qiáng)力保障，而且還可以更加快速地通過(guò)相關(guān)領(lǐng)域的安全認(rèn)證，加速產(chǎn)品行業(yè)準(zhǔn)入和上市銷售的節(jié)奏。
堅(jiān)持技術(shù)開(kāi)源，打造全產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系
目前，OneOS在系統(tǒng)源碼、開(kāi)源社區(qū)、開(kāi)發(fā)工具等方面，為開(kāi)發(fā)者提供全面的技術(shù)支持服務(wù)，幫助合作伙伴打通中國(guó)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品庫(kù)、IoT商城等多方渠道。中移物聯(lián)攜手合作伙伴，通過(guò)舉辦技術(shù)沙龍、聯(lián)盟推廣、行業(yè)展會(huì)、媒體宣傳等多種形式共建生態(tài)。同時(shí)，通過(guò)與高校緊密合作，以聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、大學(xué)生專題賽、高校公開(kāi)課等多種方式，為企業(yè)開(kāi)發(fā)者和個(gè)人開(kāi)發(fā)者提供全方面、多維度的服務(wù)。OneOS 已服務(wù)350+合作伙伴，實(shí)現(xiàn)3000萬(wàn)應(yīng)用裝機(jī)。
當(dāng)前，“自主可控”已成為我國(guó)科技發(fā)展的主旋律之一。作為我國(guó)對(duì)國(guó)產(chǎn)自主物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的探索和實(shí)踐，OneOS對(duì)整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)意義重大。從嵌入式操作系統(tǒng)到物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，國(guó)外已發(fā)展四十余年，積累了深厚的技術(shù)能力和產(chǎn)業(yè)生態(tài)，并占據(jù)我國(guó)操作系統(tǒng)絕大部分市場(chǎng)份額。核心技術(shù)受制于人，不僅在經(jīng)濟(jì)上付出很大代價(jià)，而且存在嚴(yán)重的“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)。OneOS內(nèi)核代碼自主率達(dá)到100%，核心軟件自主可控意義重大，補(bǔ)足了我國(guó)在物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)領(lǐng)域的技術(shù)短板，對(duì)保障國(guó)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈安全做出了積極貢獻(xiàn)。
但我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)仍面臨頂層設(shè)計(jì)缺乏整體設(shè)計(jì)、關(guān)鍵核心能力積累不足、體系建立薄弱等發(fā)展瓶頸問(wèn)題依然存在。李蒙表示，未來(lái)OneOS將持續(xù)加大對(duì)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的研發(fā)投入力度，攜手行業(yè)推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)制定，聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈上下游共同構(gòu)建技術(shù)和生態(tài)體系，打通技術(shù)與應(yīng)用之間的“最后一公里”，提升國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)市場(chǎng)占有率，打造基于國(guó)產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的全產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系。
正值中國(guó)移動(dòng)全球合作伙伴大會(huì)的十年之際，李蒙暢想了國(guó)產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展方向：物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)打造全場(chǎng)景生態(tài)體系是未來(lái)的大勢(shì)所趨，面臨的場(chǎng)景將會(huì)更為復(fù)雜，設(shè)備種類更多，因此國(guó)產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)也需要更強(qiáng)的協(xié)同作業(yè)能力;技術(shù)上，物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的發(fā)展將會(huì)趨于依托智能硬件，以嵌入式、微內(nèi)核為基礎(chǔ)打造以人為中心，按場(chǎng)景把不同智能終端通過(guò)一個(gè)操作系統(tǒng)組建成一個(gè)超級(jí)終端，為智能全場(chǎng)景帶來(lái)不同體驗(yàn)，同時(shí)收集并處理海量數(shù)據(jù)。未來(lái)，我們將持續(xù)秉承開(kāi)源、開(kāi)放、中立的原則，堅(jiān)持技術(shù)開(kāi)源、生態(tài)協(xié)同，與廣大合作伙伴共同構(gòu)建產(chǎn)業(yè)生態(tài)繁榮。
