物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的架構(gòu)和基本功能

　　物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)由內(nèi)核、輔助外圍模塊（文件系統(tǒng)、圖形用戶界面、通信協(xié)議棧、各類常見設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序等）、集成開發(fā)環(huán)境等組成，基于此，可衍生出一系列面向行業(yè)的特定應(yīng)用，下圖展示了這個(gè)概念：

　　物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)與傳統(tǒng)的個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)和智能手機(jī)類操作系統(tǒng)不同，它具備物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的一些獨(dú)特特點(diǎn)，現(xiàn)說明如下。

　　物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)內(nèi)核的特點(diǎn)

　　1、內(nèi)核尺寸伸縮性強(qiáng)，能夠適應(yīng)不同配置的硬件平臺(tái)。比如，一個(gè)極端的情況下，內(nèi)核尺寸必須維持在10K以內(nèi)，以支撐內(nèi)存和CPU性能都很受限的傳感器，這時(shí)候內(nèi)核具備基本的任務(wù)調(diào)度和通信功能即可。在另外一個(gè)極端的情況下，內(nèi)核必須具備完善的線程調(diào)度、內(nèi)存管理、本地存儲(chǔ)、復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、圖形用戶界面等功能，以滿足高配置的智能物聯(lián)網(wǎng)終端的要求。這時(shí)候的內(nèi)核尺寸，不可避免的會(huì)大大增加，可以達(dá)到幾百K，甚至M級。這種內(nèi)核尺寸的伸縮性，可以通過兩個(gè)層面的措施來實(shí)現(xiàn)：重新編譯和二進(jìn)制模塊選擇加載。重新編譯措施很簡單，只需要根據(jù)不同的應(yīng)用目標(biāo)，選擇所需的功能模塊，然后對內(nèi)核進(jìn)行重新編譯即可。這個(gè)措施應(yīng)用于內(nèi)核定制非常深入的情況下，比如要求內(nèi)核的尺寸達(dá)到10K以下的場合。而二進(jìn)制模塊選擇加載，則用在對內(nèi)核定制不是很深入的情況。這時(shí)候維持一個(gè)操作系統(tǒng)配置文件，文件里列舉了操作系統(tǒng)需要加載的所有二進(jìn)制模塊。在內(nèi)核初始化完成后，會(huì)根據(jù)配置文件，加載所需的二進(jìn)制模塊。這需要終端設(shè)備要有外部存儲(chǔ)器（比如硬盤、Flash等），以存儲(chǔ)要加載的二進(jìn)制模塊；

　　2、內(nèi)核的實(shí)時(shí)性必須足夠強(qiáng)，以滿足關(guān)鍵應(yīng)用的需要。大多數(shù)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，要求操作系統(tǒng)內(nèi)核要具備實(shí)時(shí)性，因?yàn)楹芏嗟年P(guān)鍵性動(dòng)作，必須在有限的時(shí)間內(nèi)完成，否則將失去意義。內(nèi)核的實(shí)時(shí)性包涵很多層面的意思，首先是中斷響應(yīng)的實(shí)時(shí)性，一旦外部中斷發(fā)生，操作系統(tǒng)必須在足夠短的時(shí)間內(nèi)響應(yīng)中斷并做出處理。其次是線程或任務(wù)調(diào)度的實(shí)時(shí)性，一旦任務(wù)或線程所需的資源或進(jìn)一步運(yùn)行的條件準(zhǔn)備就緒，必須能夠馬上得到調(diào)度。顯然，基于非搶占式調(diào)度方式的內(nèi)核很難滿足這些實(shí)時(shí)性要求；

　　3、內(nèi)核架構(gòu)可擴(kuò)展性強(qiáng)。物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的內(nèi)核，應(yīng)該設(shè)計(jì)成一個(gè)框架，這個(gè)框架定義了一些接口和規(guī)范，只要遵循這些接口和規(guī)范，就可以很容易的在操作系統(tǒng)內(nèi)核上增加新的功能的新的硬件支持。因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)的應(yīng)用環(huán)境具備廣譜特性，要求操作系統(tǒng)必須能夠擴(kuò)展以適應(yīng)新的應(yīng)用環(huán)境。內(nèi)核應(yīng)該有一個(gè)基于總線或樹結(jié)構(gòu)的設(shè)備管理機(jī)制，可以動(dòng)態(tài)加載設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序或其它核心模塊。同時(shí)內(nèi)核應(yīng)該具備外部二進(jìn)制模塊或應(yīng)用程序的動(dòng)態(tài)加載功能，這些應(yīng)用程序存儲(chǔ)在外部介質(zhì)上，這樣就無需修改內(nèi)核，只需要開發(fā)新的應(yīng)用程序，就可滿足特定的行業(yè)需求；

　　4、內(nèi)核應(yīng)足夠安全和可靠。可靠性就不用說了，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境具備自動(dòng)化程度高、人為干預(yù)少的特點(diǎn)，這要求內(nèi)核必須足夠可靠，以支撐長時(shí)間的獨(dú)立運(yùn)行。安全對物聯(lián)網(wǎng)來說更加關(guān)鍵，甚至關(guān)系到國家命脈。比如一個(gè)不安全的內(nèi)核被應(yīng)用到國家電網(wǎng)控制當(dāng)中，一旦被外部侵入，造成的影響將無法估量。為了加強(qiáng)安全性，內(nèi)核應(yīng)支持內(nèi)存保護(hù)（VMM等機(jī)制）、異常管理等機(jī)制，以在必要時(shí)隔離錯(cuò)誤的代碼。另外一個(gè)安全策略，就是不開放源代碼，或者不開放關(guān)鍵部分的內(nèi)核源代碼。不公開源代碼只是一種安全策略，并不代表不能免費(fèi)適用內(nèi)核；

　　5、節(jié)能省電，以支持足夠的電源續(xù)航能力。操作系統(tǒng)內(nèi)核應(yīng)該在CPU空閑的時(shí)候，降低CPU運(yùn)行頻率，或干脆關(guān)閉 CPU。對于周邊設(shè)備，也應(yīng)該實(shí)時(shí)判斷其運(yùn)行狀態(tài)，一旦進(jìn)入空閑狀態(tài)，則切換到省電模式。同時(shí)，操作系統(tǒng)內(nèi)核應(yīng)最大程度的降低中斷發(fā)生頻率，比如在不影響實(shí)時(shí)性的情況下，把系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率調(diào)到最低，以最大可能的節(jié)約電源。