19世纪的德国，当荷尔德林写下“人，诗意地栖居”时，人们正害怕工业文明使人日渐异化，试图寻找“回家之路”。而当自然栖流，时光飞速滑行，21世纪的今天，“诗意”也并未像预测的那样逝去——众多智能终端的服务让生活变得相当有趣，甚至给予了物件以“生命”，实现了对话与交流。 这就是物联网时代，而我们总会感叹科技之美，但在诗意之下，能够探究智能终端产生成因的人却不占多数。即使智能音箱、智能空调这些产品日常出现频率很高，但还是很少人能感知到是芯片+操作系统在协调控制着它们相应的功能和开关、上传数据，有算力才能驱动一个物联网设备实现运动。 事实上，在许多人眼里，物联网勾画的蓝图仍然还离生活太远。全球政治经济环境复杂多变，华为等中国高科技企业受到制裁之后，芯片、操作系统才得以获得更大的关注。而我国面临的“缺芯少魂”境况再次引发深思：若再遇一道封杀禁令，芯片尚且还能找到替代品，但操作系统若不国产化，受到限制后显然影响更大。特别是在5G时代，万物即将互联，如何才能避免物联网操作系统成为阿喀琉斯之踵？物联网操作系统未来应当如何发展？ 这是一副关乎未来时代的多米诺骨牌。 觉醒，入局IoT OS 在推下骨牌第一张之前，我们先来聊聊物联网操作系统(IoT OS)的发展。IoT OS起源于两个传感网项目OS-TinyOS和Contiki，它们对今天的IoT OS产生了深远的影响。嵌入式系统联谊会秘书长，单片机与嵌入式系统杂志副主编何小庆认为，最早的IoT OS始于2014年，标志性产品是ARM Mbed OS。当时，人们都在思考，如何把不同的物体信息搜集整合起来并把它传输到下一个层次。在这样的需求下，面向物联网的设备和应用需要一个集成系统，通过它们完成底层数据的搜集。 而单一的软件结构很难解决这些问题。成熟的物联网设备采集数据，包括云端互联都需要操作系统支持，不同的业务与应用需求都完全不一样。面临实际应用场景，需要针对不同的行业定制软件方案，而IoT需要专门的定制系统来解决这类问题。 正是有了这样的庞大的物联网市场需求，各大互联网公司开始了自家的物联网生态布局，掀起了物联网操作系统开源的浪潮。 2015年，华为布局了"1+2+1"的物联网战略，也基于自家芯片和业务发布Lite OS。2015年谷歌发布Brillo OS（后改名为Android Things），2016年Linux基金会推出Zephyr OS，2017年阿里发布AliOS Things，2017年亚马逊开发Amazon FreeRTOS，而后2019年腾讯推出轻量级TencentOS tiny。IoT OS驶入了快车道。 进入2020年，新冠肺炎疫情在全球肆虐，IoT OS前进势头依然不减。中国移动推出轻量级的IoT OS-OneOS,主打5G和端云一体，微软推出Azure RTOS，也就是ThreadX，小米推出物联网软件平台小米Vela，借助开源NuttX，Vela OS有了开放生态，谷歌的Fuchsia OS也在做着各种云、边、端的技术创新。 “物联网”勾起了资本的欲望，挑起了从芯片到终端厂商的战争，也点燃了物联网操作系统战场的战火。这一场入局来势汹汹。 进击，扛旗国产化 自研IoT操作系统的企业，自然能在市场中建立更高的竞争壁垒。而我国IT巨头试图通过软硬件结合带来的连贯用户体验打通整个IoT产业生态，是为了“蓝海”，也是为了在市场中获得更多的自主权，从而降低对软件产业链的依赖风险。 特别是在美国加大制裁之后，海内外市场环境的变化，也让更多科技企业，意识到了技术自立的重要性。而在这样的情况下，最让笔者感到欣喜的是作为全球物联网连接数最大的运营商——中国移动终于在物联网操作系统的江湖中出现，于2020年6月正式推出OneOS 1.0商用版本。而基于中国移动强大的渠道资源，OneOS 7月就在智能水表行业实现了应用突破，到2020年底，累计装机量就突破10万台。
图：OneOS关键能力 为什么中国移动要在彼时推出OneOS？笔者采访中移物联网公司信息技术中心副总经理李蒙时他坦言，做这个操作系统的目的除了国产化替代，其实更多的是服务产业，既是对国家自主可控政策的一个响应，同时也是要服务物联网产业的一些需求。“在5G时代，应用场景的复杂性决定了物联网应用会面临如：终端硬件碎片化、网络多样化、平台接入复杂化、安全攻击实体化等问题。传统的嵌入式操作系统无法应对这些挑战，时代需要更适合物联网行业的操作系统。” 李蒙认为，一方面要降低开发难度，提升开发效率，让行业的开发者更专注做它的业务开发，另一方面只有这种软硬件的解耦。才能促进整个物联网应用生态的繁荣。 操作系统与芯片从来都是孪生兄弟，在国产化浪潮的推动下，操作系统这边欣欣向荣，国产MCU同样百花齐放。华大半导体MCU市场部经理梁少峰认为，目前，国内MCU企业呈现前所未有的繁荣态势，将加快整个MCU行业大浪淘沙、优胜劣汰的洗牌过程，同时也将倒逼企业修炼内功、提升效率，在市场上真正靠产品说话。作为国产芯片的领头企业，华大半导体不断调整优化发展战略，将市场主要聚焦于工业控制、汽车电子、安全芯片三大领域。在超低功耗领域，华大半导体是国内绝对领先的MCU供应商，其HC32L系列产品在超低功耗性能与EMC可靠性方面已经超越了国际传统MCU大厂的对应产品。
图：华大开发套件 国产芯和国产操作系统的优势互补有望成为产业生态新式“战略核武器”，“软硬件都是国产，将大大提升产品安全、自主、可控的特性，使半导体领域发生了不小的变化之时。”梁少峰指出。据了解，华大半导体与中国移动OneOS在去年中国移动合作伙伴大会上签署了全面战略合作协议。李蒙对笔者说道：“OneOS在完成华大主流MCU的适配基础下，在2021年底，将完成华大全系MCU适配。” 守护，践行担当 在笔者与几位行业大咖、公司高层的交流中，“安全”是几位共同特别关注的问题。万物互联下的物联网终端设备呈现碎片化、巨量化的特点，应用场景更趋复杂化，这使得针对物联网的攻击数量急剧上升，并呈现实体化、多样化的攻击特点。“物联网的设备攻击可要比互联网要危险的多，比如针对医疗设备的安全攻击，直接关系到人的生命安全。”何小庆在谈及物联网安全时指出，物联网设备由于特殊应用场景的需求，经过优化以降低功耗和负担能力，其中大部分计算资源较差，因此，这些设备更容易遭到黑客攻击。但好消息是，在软件层面使用嵌入式加密的认证和加密可以让黑客难以访问智能连接的IoT设备。 诸如华为LiteOS在安全设计上构建了低功耗安全传输机制，支持双向认证、FOTA固件差分升级，DTLS/DTLS+等；AliOS Things则通过核心组件之一自组织网络（uMesh）来保障嵌入式设备能够自主安全接入自组织网络，并保证和云端数据通信的完整性和机密性。 作为行业“新兵”，中国移动OneOS在前期在技术、顶层设计方面只有过3年多的积累，但在何小庆看来，这个“新兵”也有它的优势所在。一是安全方面，何小庆认为中移物联网不论从战略规划和落实现状来看，在物联网安全方面都属于佼佼者，而李蒙认为其也是OneOS的优势之一。的确，能意识到物联网操作系统安全问题的重要性真的非常难能可贵。因为在多终端、复杂协议的基础上，安全问题更为突出。操作系统需要在设备、网络和数据三个不同层面做到保障。这里面每一个层级的风险状况和面对的安全问题都是不同的，用户很难做到每个方向都精通，这就需要操作系统做到更全面的安全管控。 据了解，OneOS通过了PSA(Platform Security Architecture)Certified Level 1和Functional API认证，该认证环节包括对信任根服务隔离、安全启动、安全升级、安全存储、唯一的认证令牌ID等10个安全目标的测试评估。何小庆认为这算是国内第一家如此投入于安全问题的企业，眼光长远。 二是开放度高。何小庆表示，因为物联网操作系统在端侧一般都免费，因此许多企业都捆绑自己的云，唯有如此未来才能产生经济效益。中移物联网承诺长期保持开放，可以支持第三方接入，这对于物联网开发者而言具有很大灵活性，无疑也是大企业担当的一种体现。 同样身为国企的华大半导体，在物联网安全领域表现不俗，早在2019年，华大电子安全芯片已突破150亿颗，形成了智能卡芯片产业稳定发展的布局，全系列的智能卡芯片已广泛应用于智能卡各个应用领域。梁少峰提及华大半导体在物联网安全芯生态布局时指出，“比如以安全SE为核心，我们为客户提供安全合规、经济高效的“云-管-端”安全芯片产品和方案，包括云端安全方案、管端的安全模组以及端节点的安全芯片产品，为物联网芯生态的发展打造安全基石。” 路漫漫，自强方不息 在目前国际形势波云诡谲的情况下，国产芯、国产操作系统坚持“自强”是正道，而依托国家政策战略构筑自主可控的生态体系是不断“自强”的根本。在技术层面国产芯和国产操作系统需不断突破功耗、制程、功能、驱动等等与国际主流玩家的差距，同时贴近客户、服务客户需求才能赢得市场。 “我们的初衷就是帮助客户开发安全、可靠、易用的物联网操作系统。”李蒙说，作为运营商，永远需要在产业链中发挥“扁担效应”，给开发者创造更多便利。 “操作系统本身可以让开发者从软硬件的适配工作中解放出来，更专注于自身的业务逻辑中。我们通过跟水表和气表的表计行业的客户做过实验测试，首次用操作系统做开发就能减少约40%工作量。在这个基础上，开发第二款硬件大概就能节省80%。”李蒙表示，硬件+操作系统的组合方案，让研发人员可以更加聚焦应用层的开发，通过以中国移动OneOS作为“中间层”，软硬件解耦后，可较大程度地屏蔽硬件差异，将丰富的底层驱动和基础组件抽象成标准的API接口，让研发人员专注于业务应用的开发，开发效率和程序复用率大幅提升。 在加强对自身锻造的同时，中国移动OneOS也在发挥渠道优势，联合国内企业通过产品互补形成合力，共同突围IoT市场。除了与华大半导体签署了战略合作协议外，中国移动OneOS与兆易创新、灵动、复旦微电子、紫光展锐、博通等多家国产芯片厂商建立了深度的战略合作关系，未来也将在国产芯片的适配和技术支持上投入更多精力。 当然，在IoT市场，国内企业仍有大把机会。特别是新基建政策支持力度的加大，推进了5G通信、物联网、AI等技术的发展，带动了物联网市场规模的迅速发展，这对于国内IoT的生态建设，自然大有助益。由此看来，在这样的背景之下，谁把国产化道路走得更坚定，谁更注重自主创新、安全可控，谁更帮助开发者从而建立生态，谁就是未来中国物联网操作系统的领航者。但无论是从生态打造，还是从技术角度出发，我国物联网操作系统都需要落地到实际生活中，才能够有效解决实际问题，这些才是其核心竞争力，才能真正实现“人，诗意地栖息。” |
