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物联网软件开发主流的几大开源操作系统!

2016-11-20 19:48:24

在过去的十年间,大多数新型开源操作系统已从移动市场转向物联网市场。本文介绍了面向物联网的许多新型开源操作系统。我们之前的文章介绍了开源物联网框架,以及面向物联网和消费者智能家居设备的Linux和开源开发硬件。

除了介绍面向物联网的新型嵌入式Linux发行版外,我还介绍了OpenWrt等几款比较老的轻量级发行版,它们在这个领域迎来了新生。虽然Linux发行版主要针对网关和集线器,但是面向物联网的非Linux开源操作系统取得了同样迅猛的发展,它们可以在微控制器单元(MCU)上运行,通常面向物联网边缘设备。

请记住一点:如今几乎所有的操作系统都声称有一些物联网连接功能,所以本文这份名单有点随意。本文介绍的开源操作系统大多数符合下列属性:占用内存少、电源效率高、模块化可配置通信堆栈,对特定的无线和传感器技术提供强有力的支持。一些项目注重物联网安全,许多非Linux操作项目专注于实时确定性(real-time  determinism),这有时是工业物联网的一个要求。

我通常远离这类Linux发行版:被列入“轻量级”这一类,但是仍然主要针对桌面使用或便携式U盘实施, 而不是针对无外设设备。不过,像LXLE或Linux  Lite这些轻量级Linux发行版可能是适合物联网的选择。

非Linux开源平台方面的选择来得比较困难。毕竟,大多数轻量级实时操作系统可用于物联网。我侧重于主要平台,或者是似乎为物联网带来最大希望的平台。其他潜在的候选对象可以在这个开源实时操作系统网站(http://www.osrtos.com)上找到。

本文未提到Windows 10 for IoT  Core,它对创客来说是免费的,支持AllJoyn和IoTivity,但是并非完全开源。还有许多商用实时操作系统是物联网领域的大玩家,比如Micrium的µC/OS。

九大基于Linux的开源物联网发行版

1.Brillo ――在谷歌发布Brillo后的一年里,这款基于安卓的轻量级发行版日益受到嵌入式板卡的追捧,比如英特尔Edison和Dragonboard   410c,甚至得到一些模块上计算机的追捧。Brillo的未来与谷歌的Weave通信协议密切相关,它需要这种协议。Weave为Brillo带来了发现、配置和验证等功能,Brillo可以在只有32MB内存和128MB闪存的设备上运行。

相关链接:https://developers.google.com/brillo/

2.华为LiteOS――别将华为的LiteOS与开源Unix变种混为一谈,据说它基于Linux,但确实是一种非常精简的实施方法。一年多前宣布的LiteOS声称可以作为只有10KB大小的内核来部署。LiteOS应用广泛,从基于MCU的设备,到与安卓兼容的应用程序处理系统,不一而足。这款可定制的操作系统拥有诸多功能,比如零配置、自动发现、自动联网、快速启动和实时操作,它提供广泛的无线支持,包括LTE和网状网络。LiteOS随华为的敏捷物联网解决方案交付,它驱动窄带物联网(NB-IoT)解决方案。

相关链接:http://www.huawei.com/minisite/iot/en/liteos.html

3.OpenWrt/LEDE/Linino/DD-Wrt――由于物联网热潮,久负盛名、专注网络的OpenWrt嵌入式Linux卷土重来。轻量级OpenWrt经常出现在路由器和基于MIPS的WiFi板卡上。早期的衍生版(比如DD-Wrt和面向Arduino的Linino)最近更是出现了分支版本。Linux嵌入式开发环境(LEDE)项目承诺治理会更透明、发布周期会更稳定。

相关链接:https://openwrt.org

4.Ostro Linux――今年8月,英特尔选择用于英特尔Joule模块(运行在最新的四核凌动T5700片上系统上)后,这款基于Yocto  Project的发行版一举成名。Ostro   Linux符合IoTivity,支持众多的无线技术,还提供一种传感器框架。它非常注重物联网安全,提供操作系统、设备、应用程序和数据等层面的保护,包括加密和MAC。该发行版包含在无外设版本和媒体(XT)版本中。

相关链接:https://ostroproject.org

5.Raspbian――还有另外一些面向Raspberry   Pi的发行版,它们更专门面向物联网,不过迅速成熟的Raspbian仍是佼佼者。由于它是面向在最广泛使用的物联网平台上的DIY项目的最流行的发行版,开发人员可以向众多项目和教程寻求帮助。由于Raspbian支持面向Node-JS的可视化设计工具Node-RED,我们觉得没有太充分的理由选择专门针对RPi、面向物联网的Thingbox。

相关链接:https://www.raspbian.org

6.Snappy Ubuntu Core――Ubuntu Core的这个嵌入式版本又叫带Snaps的Ubuntu   Core,它利用了Snap软件包机制――Canonical将其作为一种通用Linux软件包格式分拆出来,让单一的二进制软件包能够在“任何Linux桌面、服务器、云或设备上”运行。Snaps让Snappy  Ubuntu   Core能够提供事务回滚、安全更新、云支持和应用程序商店平台。Snappy只需要600MHz处理器和128MB内存,但还需要4GB闪存。它可以在Pi及其他的嵌入式板卡上运行,出现在众多设备上,包括Erle-Copter无人机、戴尔Edge网关、Nextcloud  Box和LimeSDR。

相关链接:https://developer.ubuntu.com/en/snappy/

7.Tizen――Linux基金会托管的这个嵌入式Linux堆栈主要得到了三星的支持,它在移动市场很少引起注意。它广泛用于三星的电视和智能手表中,包括新的Gear  S3,它也零星地实施在三星的相机和消费级设备中。Tizen 甚至可以在Raspberry   Pi上运行。三星已开始将Tizen与其SmartThings智能家居系统集成起来,以便能够通过三星电视来控制SmartThings。我们还可以预计它会与三星的Artik模块和Artik  Cloud加强集成。Artik随带Fedora,但是Tizen 3.0最近连同Ubuntu Core一并移植。

相关链接:https://www.tizen.org/ko?langredirect=1:

8.uClinux――久负盛名的精简版uClinux是唯一可以在MCU上运行的Linux,可以在特定的Cortex-M3、M4和M7等型号上运行。uClinux需要MCU内置存储器控制器,可以使用外部DRAM芯片来满足内存要求。现在uClinux已被并入到主线Linux内核中,得益于Linux中广泛的无线支持。然而,Mbed等更新颖的面向MCU的操作系统在迅速填补无线方面的空白,配置起来更容易。EmCraft是MCU上uClinux的最大支持者之一,提供众多基于Cortex-M的模块。

相关链接:http://www.uclinux.org

9.Yocto Project――Linux基金会的Yocto   Project不是一款Linux发行版,而是一个开源协作项目,为开发人员提供构建自定义嵌入式堆栈的模块、工具和方法。由于你可以用极小的开销来定制堆栈,它常常用于物联网。Yocto  Project构成了大多数商用嵌入式Linux发行版的基础,也是Ostro Linux和Qt for Device   Creation等项目的一部分。Qt正在为Qt 5.8准备一种Qt Lite技术,将为更小巧的物联网目标设备优化Device Creation。

相关链接:https://www.yoctoproject.org

九大非Linux开源物联网操作系统

1.Apache Mynewt――开源、支持无线的Apache   Mynewt面向32位MCU,由Runtime开发,由Apache软件基金会托管。模块化的Apache   Mynewt拥有无线支持、并发连接的准确可配置性、调试功能和细粒度的电源控制。5月份,Runtime和Arduino Srl宣布,将提供Apache  Mynewt,面向Arduino Srl的Primo和STAR Otoo SBC。这款操作系统还支持Arduino LLC板卡,比如Arduino  Zero。(最近,Arduino Srl和Arduino LLC达成了诉讼调解,宣布计划在Arduino控股公司和Arduino基金会下重新联手)。

相关链接:http://mynewt.apache.org

2.ARM Mbed――ARM面向物联网的操作系统针对小巧、电池供电的物联网端点,这些端点在Cortex-M  MCU上运行,可能只有8KB内存,已出现在BBC Micro:bit SBC上。虽然最初是半专有、只有单线程,缺少确定性功能,但现在它是开源,采用Apache   2.0许可证,提供了多线程和实时操作系统支持。不像许多轻量级实时操作系统,Mbed在设计当初心系无线通信,最近它增添了线程支持。该操作系统支持可通过Mbed  Device Connector来安全地提取数据的云服务。今年早些时候,该项目发布了可穿戴式设备参考设计。

相关链接:https://www.mbed.com/en/

3.Contiki――由于只需要10KB内存和30KB闪存,开源Contiki无法像Tiny OS或RIOT   OS那么小巧,也无法像RIOT及其他一些操作系统提供实时确定性。然而,广泛使用的Contiki提供了广泛的无线网络支持,IPv6堆栈由思科贡献。该操作系统提供了一系列广泛的开发工具,包括可装入Cooja  Network Simulator的动态模块,以便调试无线网络。Contiki声称可以高效地分配内存。

相关链接:http://www.contiki-os.org

4.FreeRTOS――FreeRTOS很快就能在嵌入式开发平台中与Linux相匹敌,它特别适用于开发物联网终端设备。FreeRTOS缺少Linux功能,比如设备驱动程序、用户帐户以及高级的网络和内存管理。然而,它占用的资源比Linux少得多,更不用说与VxWorks这样的主流实时操作系统相比了,它还提供开源GPL许可证。FreeRTOS可以在内存不到0.5KB、ROM为5-10KB的设备上运行,不过与TCP/IP架构结合使用更为常见,它更像是24KB内存和60KB闪存。

相关链接:http://www.freertos.org

5.Fuchsia――谷歌的这款最新开源操作系统在8月份部分透露,留下的问题多过答案。Fuchsia与Linux毫无关系,但是基于旨在与面向MCU的操作系统(比如FreeRTOS)兼容的LK发行版,这让许多人猜测它是一款物联网操作系统。不过,Fuchsia还支持移动设备和笔记本电脑,所以谷歌对这个处于早期阶段的项目方面抱有极大的野心。

相关链接:https://github.com/fuchsia-mirror

6.NuttX――非限制性的、采用BSD许可证的NuttX主要以此出名:它是面向开源无人机的最常见的实时操作系统,在APM/ArduPilot和PX4  UAV平台上运行,它们都是Dronecode平台的一部分。NuttX还广泛用于其他资源受限制的嵌入式系统中。虽然它支持x86、   Cortex-A5及-A8平台,但这款基于POSIX和ANSI的操作系统主要针对Cortex-M MCU。   NuttX完全抢占式,有固定的优先级、轮询和偶发调度。该操作系统号称是“小巧的Linux通用型操作系统,但大大精简了功能特性。”

相关链接:http://nuttx.org

7.RIOT OS――已有8年历史的RIOT   OS以高效的电源使用和广泛的无线支持而出名。RIOS的硬件要求是1.5KB内存和5KB闪存,要求几乎与Tiny   OS一样低。不过,它也提供了诸多功能,比如多线程、动态内存管理、硬件抽象、部分的POSIX兼容和C++支持,这些是在Linux中而不是在轻量级实时操作系统中更常见的功能。其他功能包括低中断延迟(约40个时钟周期)和基于优先级的调度。你可以在Linux或OS  X下进行开发,使用原生移植版,部署到嵌入式设备。

相关链接:https://www.riot-os.org

8.TinyOS――这款成熟的开源操作系统采用BSD许可证,非常小巧,支持低功耗,MCU目标设备可以“只有几KB内存和数十KB代码空间”。事件驱动的TinyOS由nesC这种C语言来编写,它经常被研究低功耗无线网络(包括多跳网络)的研究人员使用。据项目组自己承认,“计算密集型的应用程序可能很难编写。”项目致力于提供Cortex-M3支持,不过眼下它仍是为低端MCU和无线电芯片设计的。

相关链接:http://webs.cs.berkeley.edu/tos/

9.Zephyr――Linux基金会这款轻量级、提供安全功能的Zephyr   RTOS可在只有2-8KB内存的设备上运行。Zephyr可在x86、ARM和ARC系统上运行,主要专注于基于MCU,使用蓝牙/BLE和802.15.4无线电(比如6LoWPAN)的设备。Zephyr基于Wind  River的Rocket OS,它基于Viper,而Viper是精简版的VxWorks。最初的目标设备包括Arduino Due和英特尔的Arduino  101及其他设备。Zephyr最近出现在了SeeedStudio的96Boards IoT Edition BLE Carbon  SBC,它得到一个新的Linaro LITE工作组的支持。


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