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RT-Thread推物联网操作系统!300毫秒启动安防摄像机

编 | 信仪

智东西9月1日消息,今天下午,睿赛德科技(RT-Thread)推出了最新的RT-Thread Smart微内核物联网操作系统。RT-Thread的混合微内核架构RT-Thread Smart主要面向带MMU(内存管理单元)的中高端处理器,为物联网等领域提供操作系统基础软件平台。

睿赛德科技(RT-Thread)2006年成立于上海,主要业务是负责开发、维护和运营一款实时操作系统RT-Thread。这家公司在2017~2019年间快节奏完成了天使轮、A轮、B轮三轮融资,共获得上亿元投资。

目前睿赛德科技的RT-Thread覆盖的开发者人数已超10万,有超过80家的芯片厂商为RT-Thread系统提供支持。

▲RT-Thread Smart定位

随着嵌入式微处理器性能的不断提高,嵌入式系统软件开发复杂度也不断增加,嵌入式操作系统越来越多被应用于软件开发。然而在国内,嵌入式操作系统在很长一段时间内均是被国外嵌入式操作系统如uCOS、FreeRTOS、嵌入式Linux、VxWorks、QNX所把持。

随着中国物联网产业迅猛发展,这个局面才开始被打破。中国工程院院士郑纬民说:“目前国家对物联网、人工智能方面的政策支持力度很大,新基建中有很多关于人工智能方面的政策。在复杂的国际形势下,自主芯片的研发以及生态的开发非常紧迫和必要,因此相关厂商需要专注创新开发,提供自主、安全、稳定、可靠的技术支持。”

一、宏、微内核优势集成

当前用于MCU(微控制单元)上的嵌入式操作系统主要有μC/OS、FreeRTOS和RT-Thread,在带MMU的微处理器上,以Linux、Vxworks、QNX为主,国外嵌入式操作系统几乎处于垄断地位,国产RT-Thread、AliOS Things 、djyos等嵌入式操作系统鲜少有人知晓。

国内的安防、网关、高端处理器对于嵌入式操作系统的需求越来越大,而且代码量随着版本的升级越来越大,如何维护好设备是一个很大的问题。

▲Linux处理的代码量越来越大

以往在这一行业中占据使用主导地位的是一种宏内核操作系统——Linux的嵌入式微处理器。

内核是操作系统的核心部分,它管理着系统的各种资源。目前从内核架构来划分,可分为微内核(MicroKernel)和宏内核(Monolithic Kernel),在微内核结构中,用户服务和内核服务分别运行在不同的地址空间中;在宏内核结构中,不管是用户服务还是内核服务事实上都是内核在统一管理,它们是运行在同一地址空间中的。

Linux的内核组件、驱动程序、网络协议栈、文件系统等等均在内核态运行。宏内核操作系统要求在内核态运行的程序代码具备极高的健壮性,否则任何一部分的错误或异常非常容易扩散到整个操作系统,引发系统奔溃等严重问题。

相对来说,微内核可以做得很小,功能单一简练,比较容易形成稳定的内核。用户服务下的大型组件即使发生异常,也不会影响其他进程的运行,同样不会导致操作系统内核奔溃。

宏内核和微内核各有千秋,没有谁比谁更好之说。Linux之类的宏内核有支持多进程隔离的优势,也就有成本高、非实时、启动时间长的缺陷。传统微内核的成本较低、实时性强、启动快,但也有不支持进程和内存隔离的局限。

RT-Thread原本是一个宏内核的操作系统,而为了补齐国内宏内核和微内核之间的技术空白,契合AIoT设备的使用场景,最终RT-Thread要研发出的是一种更小、更快、更安全、可维护性更高的操作系统。

因此RT-Thread从2019年开始创新研发了混合微内核和操作系统RT-Thread Smart。

▲RT-Thread Smart之路

混合微内核操作系统是RT-Thread团队针对目前行业中宏内核和微内核区间中高性能、高效率兼备设备的空缺,定义的一款新形态的操作系统,支持将系统服务组件或驱动按需纳入内核态中运行,以获得更佳的性能,也支持将系统的大部分系统组件及驱动移到用户态,以单独的服务进程运行,内核与服务进程之间通过消息传递完成交互。

这样,从外在看,这种操作系统兼具微内核操作系统的特性,又具备了宏内核的高性能特性,为开发者提供了更多系统性能调优方面的可能。

二、启动时间不到500毫秒

与宏内核Linux相比,RT-Thread Smart的优势在于资源占用更小、启动时间更短、实时性更强。

相对于裁剪版的Linux压缩后内核占用3.57MB来说,RT-Thread Smart压缩后内核只有217KB,而且RT-Thread Smart根文件系统及内存占用也远远低于Linux。

▲资源占用情况对比

RT-Thread创始人熊谱翔说,理论上,使用宏内核的方式将“RT-Thread+文件系统+网络协议栈+多媒体”的启动时间需要3~5秒,而使用RT-Thread Smart启动只需要不到500毫秒。

熊谱翔在现场针对Linux以及RT-Thread Smart的启动速度做了对比演示,从演示中我们可以明显看到,RT-Thread Smart启动速度1.7秒远快于Linux的14.4秒。

▲Linux和RT-Thread Smart启动速度对比演示

因此,RT-Thread Smart可以满足汽车、高铁制动,摄像头开启等物联网场景,实现高实时的场景应对。

此外,熊谱翔还介绍了RT-Thread Smart技术架构的优势,包括内核轻型化、用户态系统服务以及延续RT-Thread API的API风格。

▲RT-Thread Smart技术架构

尽管为了使用方便用着延续下来的RT-Thread API,RT-Thread Smart和RT-Thread相比也有更加出色的优势。除了支持带MMU的处理器,操作系统有用户态和内核态两种运行空间以外,还支持开源版RT-Thread API接口。

熊谱翔在现场正式宣布RT-Thread Smart会以开源方式推进,提供行业内工作者使用。

在用户使用方面,熊谱翔在现场展示了RT-Thread Smart完善的图形用户界面,包括支持界面拖动布局空间、多语言编程的图形用户系统,以及配有触摸屏操作形式的图形用户系统。

RT-Thread Smart在开发环境上与RT-Thread Studio的平台集成,具有一站式完成、提升工作效率等优势。

▲RT-Thread Smart开发环境

同时,ARM的全志Cortex-A、Xilinx Zynq、树莓派,龙芯的龙芯2K,64位处理器等都为RT-Thread Smart提供芯片和硬件支持。

三、强灵活性、高效率特点契合AIoT市场需求

RT-Thread COO邹诚说,AIoT市场需求潜力非常大,在安防和图像类、智慧城市和工业类、智能家居类、智能硬件类都有应用需求。

▲AIoT市场需求

未来的智能终端,有图形交互、应用分离与安全、边缘计算与端云一体化、AI与多媒体化的趋势,整个智能终端生态正在不断整合协调。

RT-Thread Smart把以往单一的RTOS(实时操作系统)内核整合成更有针对性的IoT OS,与此同时,这项新技术突破了原有的多芯多OS的传统,将各种硬件都集成到一个OS平台,这样就可以使企业和开发者方便使用。

RT-Thread Studio的生态包含睿赛德科技、服务提供商、芯片厂商、IP厂商、开发者以及商业客户。相对完备的生态提供了一站式集成的开发环境,大幅度提升了开发效率。

▲RT-Thread Studio的生态

RT-Thread Smart的应用主要集中在安防、工业、智能家居、车载等物联网实时系统应用方面。

拿安防中的IPC摄像头为例,以往使用宏内核的Linux虽然在目前的市场上仍占主流,但Linux的应用要兼容Linux系统,开发调试的便利性较差,启动速度较慢的原因使RT-Thread之类的RTOS(实时操作系统)正迅速流行。

邹诚说,相较于Linux,RT-Thread Smart几乎可以实现100%兼容,因此后续的应用移植工作量更少。并且RT-Thread Smart应用开发调试便利性大幅提升,而且启动时间也可以控制在300毫秒内,还有图像显示,更加契合IPC摄像头的现实需要。

RT-Thread系统正在逐渐凭借其强灵活性、快速启动等特性,攻占AIoT自主基础软件平台的实时系统市场。

邹诚说,RT-Thread将会以开源为本,通过企业服务、软件授权、增值硬件的模式实现商业价值。未来他们还会探索行业解决方案赋能、平台渠道分成、其他移动端的App Store的新模式,推动RT-Thread系统的商业化。

结语:从技术到生态,实现契合需求的创新

由于结合了宏内核和微内核各自更加契合AIoT平台的特征,RT-Thread Smart混合微内核拥有快速启动、强灵活性、高实时性、高安全性、无缝对接开发生态、具有丰富的BSP组件、物料成本低、对应客户需求降低开发者门槛、简便易用的特点。

RT-Thread Smart基于上述这些特点,可广泛应用在工业控制、汽车电子、航空航天、消费类电子、教学与科研等领域。

产品不仅需要性能高,还需要契合产业需求。RT-Thread Smart填补了宏内核和微内核之间需求的产品空白,未来期待国产的硬件、软件也将更加契合各行各业的使用和需求,从生态上不断完善,向前推进。

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