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物联网操作系统分解和现有系统汇总整理

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盘点整理物联网操作系统

微控制器和处理器

微控制器 – 微控制器英文写法是 Microcontroller Unit,简写为MCU。微控制器是将计算机运行所需要的一些资源(如ROM、RAM、I/O、定时器、ADC、DAC等)集成到了一个芯片上,可称之为单片微型计算机(Single Chip Microcomputer),俗称为单片机。因软件存放在微控制器的存储器中,与硬件紧密配合使用,又称之为嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller Unit,EMCU)。

处理器 – 处理器又称为中央处理器(CPU,Central Processing Unit),处理器一般需要依赖外部的硬盘或存储介质进行运行,系统资源丰富、复杂。是计算机、电脑、平板和手机等的核心

根据处理性能的不同,运行的操作系统也有所不同。微控制器多运行实时操作系统(RTOS),对任务时间性要求比较高。处理器多运行Windows、Linux、Android、iOS等操作系统,对任务处理能力要求比较高。

物联网操作系统

一般地,对实时性控制要求比较高的应用MCU用不到RTOS,如电机控制等。而随着物连接到网络的发展,对通信协议有了新的需求,RTOS就可以比较好地对通信进行管理。物联网操作系统没有严格的定义,可以将物联网操作系统特性,简单地概况如下:

● 连接 – 互联互通、互操作性

● 安全 – 设备安全、通信安全、数据安全

● 能效 – 设备能耗管理

● 通信 – 支持通信协议,如低功耗蓝牙、以太网、Thread、 Wi-Fi、Zigbee、6LoWPAN、LPWAN(LoRa、NB-IoT…)等等

● 标准 – 开放标准,开放的标准有利于设备的互联互通

基于微控制器的操作系统

  • ARM mbed OS – ARM公司专为物联网 (IoT) 中的“物体”设计的开源嵌入式操作系统,主要支持ARM Cortex-M微控制器
  • FreeRTOS – 非常流行的嵌入式操作系统,支持多种微控制器
  • Contiki OS – Contiki是一个开源的物联网操作系统。 Contiki将小型低成本、低功耗微控制器连接到互联网。Contiki是构建复杂无线系统的强大工具箱。
  • LiteOS – 类UNIX操作系统,多用于无线传感网络
  • RIOT, 物联网友好的操作系统。RIOT实现了所有物联网相关的开放标准,支持连接、安全、耐用和隐私。
  • TinyOS – 适用于低功耗无线设备,用于无线传感器网络
  • Huawei LiteOS – 华为公司的操作系统。Huawei LiteOS是轻量级的开源物联网操作系统、智能硬件使能平台,可广泛应用于智能家居、穿戴式、车联网、制造业等领域,使物联网终端开发更简单、互联更加容易、业务更加智能、体验更加顺畅、数据更加安全。
  • μTenux – 基于ARM Cortex M0-M4的开源物联网嵌入式操作系统。内核源于T-kernel。
  • RT-Thread – 中国的开源嵌入式实时操作系统
  • ChibiOS/RT, 提供了一个嵌入式应用的完整开发环境(RTOS、HAL、外设驱动、支持文件和工具)
  • Micrium uCOS – 免费商业化应用需授权,2016年为Slicon Labs收购
  • Unison – Unison RTOS是面向IoT和M2M通信嵌入式应用的实时操作系统
  • Zephyr – Zephyr项目是一个可扩展的实时操作系统(RTOS),支持多种硬件架构,针对资源有限的设备进行了优化,并以安全性为基础构建。由Linux基金会托管。
  • eCos – eCos是面向嵌入式应用的免费开源实时操作系统。高度可配置性使得eCos能够根据精确的应用需求进行定制,提供最佳的运行时性能和优化的硬件资源占用。
  • TI-RTOS Kernel – TI公司的RTOS
  • NXP MQX – NXP(原Freescale公司)的RTOS

基于处理器的操作系统

  • Android Things – Google物联网操作系统
  • Windows 10 IoT – 微软物联网操作系统
  • SylixOS – 是一款嵌入式硬实时操作系统
  • Linux – 开源的操作系统

小结

微控制器性能的发展越来越高,从8位机已发展到了32位机,基于高性能ARM Cortex-M7内核的MCU产品(如STM32H7)频率业已达到了400MHz;处理器也从功能强大而全向小型化发展,如可穿戴等产品,成本也越来越低。微控制器和处理器相向地发展促进了产品智能化和网络化的发展。

操作系统在物联网应用中前景广阔,下面是两家调研机构对物联网市场的预测,使用物联网操作系统的物联网设备将会越来越多。

据市场研究公司Gartner预测,2017年全球物联网设备数量将达到84亿——比2016年的64亿增长31%,而全球人口数量为75亿。2020年物联网设备数量将达到204亿。

调研机构Berg Insight,2016年全球蜂巢式物联网装置出货量为1.56亿台,采用其他低功耗广域(LPWA)通讯技术的非蜂巢式物联网装置出货量为1,350万台,仅占整体物联网装置总出货量的8%。其中基于IEEE 802.15.4广域网(WAN)技术的物联网装置出货量为800万台;采用LoRa联盟发展的长距离低功耗广域网技术的物联网装置出货量为400万台;法国业者Sigfox开发的Sigfox通讯技术装置为150万台

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