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为什么google认为物联网需要RTOS

木马童年 2019-3-16 11:30 6 0

为什么google认为物联网需要RTOS作者:未知   嵌入式实时操作系统(RTOS)市场异军突起,而在此之前其在整个高科技领域内数年鲜为人知。多年来,RTOS供应商一直默默地帮助嵌入式系统开发商为其产品添加多任务功能 ...

为什么google认为物联网需要RTOS作者:未知   嵌入式实时操作系统(RTOS)市场异军突起,而在此之前其在整个高科技领域内数年鲜为人知。多年来,RTOS供应商一直默默地帮助嵌入式系统开发商为其产品添加多任务功能。就在近来几个月,RTOS供应商发现他们的竞争对手如今可能还包括一些科技巨头,如ARM,甚至是google。据这些公司介绍,科技巨头扩张至RTOS领域背后的动机能够归纳为当前普遍存在的三个字母的缩写词IoT即物联网。

首先,物联网和RTOS的关联并未完全显现。我们都曾听说过物联网将促进业界开发出惊人数量的嵌入式系统,但这些系统对RTOS的依赖似乎并未引起媒体太多的关注。显然,ARM、google和许多其他即将成为嵌入式操作系统供应商的设想是,未来物联网产品的制造将以RTOS为基础。

日益复杂的设备

许多促使RTOS在物联网应用中被广泛选取的因素同样作用于传统的嵌入式系统,但其作用因对最新物联网产品的需求而被扩大。复杂性是此类因素的一个典型例子。在高层次上,RTOS可被看作是一种管理复杂性的方式,而且现有嵌入式系统随着逐步演变为物联网设备变得更加复杂,这一点相对容易想象。

只管总结概述老是存在风险,但所有物联网产品在定义上都有某些共同的特点。最初,物联网设备必须是一个“事物”,这对于嵌入式系统而言是一个通用术语,这一点着实令人吃惊。如同在物联网问世前就已经存在的、数不清的嵌入式系统一般,每个“事物”都与外界保持着某种形式的互动。因此,如图1所示,上文所述“事物”必须使用传感器或执行器,又或者两者兼用。

仅这一要求就可以刺激开发商寻求多任务内核的援助,RTOS在传统嵌入式系统中的快速普及就证实了这一点。但是,物联网设备的复杂程度远远超过对传感器和执行器的要求,因为此类设备必须直接或间接连入互联网,而且必须具备某种用于发送和接收数据包的装置。

所需通讯软件可能会因不同种类的设备而存在较大差异。在一些情形中,完整协议栈是必要的,而在另一些情形中,网关和专用网络硬件的存在使设备只需使用一个串行驱动程序。但对所有设备而言,通讯需求在某种程度上增加了复杂性,从而为选取RTOS创造了额外的动机。

电力问题

另一推动RTOS在物联网应用中普及的因素是对有效电源管理的广泛需求。许多互联网预言家的设想似乎是,很大一局部的物联网设备将由电池提供动力,并将在无任何用户干扰的情况下长时间运行。这再次表明RTOS是相当有用的。

理论上,最新的微抑制器(MCU)能够实现电力的高效利用,其中多数MCU都支持多种不同低功耗和睡眠模式。但在实践中,问题很快就出来了,如在负责管理大量不同外围设备的应用软件中,在何处进行睡眠模式的进入与退出。通过提供钩子函数,为系统的排程基础架构配备启动低功耗操作的代码,RTOS可以简化此类决策。此外,RTOS最具功耗意识,在实际应用中,可提供多种功能(如动态节拍率),这些功能可以最小化提供一组稳健的多任务服务所需的CPU资源。

争分夺秒

虽然设计得当的RTOS可以帮助多任务系统显著提高电源效率,但并不是说所有的低功耗系统都需要RTOS。同理,上文所述的复杂程度也不一定要求使用RTOS。也便是说,几近任何应用程序,甚至是涉及复杂通讯协议和严重能耗限制的应用程序,在编写时也能够不利用RTOS的多任务功能。

由此看来,促进物联网设备选取RTOS的最重要因素可能是上市时间问题。嵌入式系统之间存在显著差别――这一差别随着物联网的问世变得越来越显著――不过大略的完成任务和快速高效可反复地完成任务之间的差别。在物联网和其他领域,RTOS最后提供给开发商的是增强和加快项目开发的基础。

RTOS以及RTOS供应商可通过多种装置(不限于软件本身),来对嵌入式设备的开发产生影响,且这一产品组合可以真正地使一家供应商区别于其他供应商。只管每个RTOS都有其独特之处,但识别出一套共同的RTOS服务还是相对对照容易。对于局部嵌入式开发者而言,尤其是创客和业余爱好者社区中的多数开发者,该套基本服务为开发新项目奠定了良好的基础。对于另一些开发者而言,仅靠随便一种RTOS并不能解决上市时间难题。为降低风险,确保项目成功,这些开发者必须选择一款经验证的RTOS,一款有全面文档记录且由省时支持服务支持的RTOS。

示例平台

如果经常被引用的数据可信,那么构建物联网似乎将需要许多来自各阵营的开发者的参与。目前,未来诸多领域仍将继续开展关于物联网的讨论,但已经有许多项目正处在开发之中,这些项目旨在确定RTOS在联网设备中的使用模式。近期凌力尔特公司发布的SmartMesh IP平台是此类产品开发商可用的解决方案类型的有力示例。

利用SmartMesh IP,开发商能够自由支配一批低成本的硬件模块,构建基于6LoWPAN的网状网络。这些网络的基本单元是Mote,如图2所示,Mote拥有一个运行Micrium公司“C/OS-II RTOS的CortexM3CPU内核。Mote将RTOS作为基础,支持极其复杂的应用程序代码,可以实现10年或更长时间的电池寿命。6LoWPAN选取6LoWPAN意味着开发商可以轻易地将Mote连入网关、管理数据收集和云端分析能力,以及将网状网络转变为真正的物联网应用程序。

μC/OS-II RTOS为开发商提供的许多特性,其他众多嵌入式RTOS也可提供。但是,特性和功能仅是RTOS用户考虑的一个方面。现在的RTOS提供商排名列表包括许多提供记录、支持、培训和咨询服务以及软件的公司,这一模型对于嵌入式设计工程师而言有着相当重要的作用。

只管能够肯定的是,RTOS将经常用于物联网项目,但google和其他RTOS新进入者是否将与业界长期供应商直接竞争尚不十分明确。物联网需要RTOS的谈吐可能具有误导性。实际上需要的可能是多个RTOS,每个RTOS服务于一组明确定义的开发商,并以定制化的模式提供给开发商以满足其需要。

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