卡我們脖子的，從來(lái)不是只有硬件

作者：邵樂(lè)峰

微內(nèi)核技術(shù)用于嵌入式領(lǐng)域尚不多見(jiàn)，源于輕量級(jí)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的微內(nèi)核更是有著較大的開(kāi)創(chuàng)性。但經(jīng)過(guò)2年多的研發(fā)，國(guó)產(chǎn)RT-Thread Smart微內(nèi)核操作系統(tǒng)憑借在資源占用、啟動(dòng)時(shí)間、實(shí)時(shí)性指標(biāo)上取得的優(yōu)異表現(xiàn)，打破了Vxworks、QNX等國(guó)外操作系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)形成的壟斷局面經(jīng)過(guò)2年多的研發(fā)，由上海睿賽德電子科技有限公司開(kāi)發(fā)的RT-Thread Smart微內(nèi)核操作系統(tǒng)日前揭開(kāi)了其神秘的面紗，并在資源占用、啟動(dòng)時(shí)間、實(shí)時(shí)性指標(biāo)上取得了優(yōu)異的表現(xiàn)，打破了Vxworks、QNX等國(guó)外操作系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)形成的壟斷局面。對(duì)此，中國(guó)工程院院士鄭緯民給予了充分肯定，并認(rèn)為此舉對(duì)我國(guó)嵌入式基礎(chǔ)軟件的發(fā)展意義重大。

沒(méi)有最好的，只有最合適的

微內(nèi)核技術(shù)用于嵌入式領(lǐng)域尚不多見(jiàn)，源于輕量級(jí)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的微內(nèi)核更是有著較大的開(kāi)創(chuàng)性，相比于Linux，其在工業(yè)、國(guó)防、電力等行業(yè)都有著較為明顯的差異化競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和廣泛的應(yīng)用前景。

依然采用開(kāi)源模式的RT-Thread Smart微內(nèi)核操作系統(tǒng)主要面向帶內(nèi)存管理單元（Memory Management Unit， MMU）的中高端處理器，具備快速啟動(dòng)、POSIX接口全兼容、開(kāi)發(fā)調(diào)試便利（支持RT-Thread Studio集成開(kāi)發(fā)環(huán)境）、應(yīng)用與內(nèi)核分離、高安全性等特性，尤其適合安防、工業(yè)、軍工、車載等行業(yè)領(lǐng)域，即便在特定的消費(fèi)電子類應(yīng)用中也有用武之地。

此前，RT-Thread在面對(duì)小資源場(chǎng)景的MCU簡(jiǎn)單控制時(shí)主要采用nano版本，面對(duì)中等規(guī)模的IoT節(jié)點(diǎn)時(shí)使用IoT OS版本，加之此番推出的RT-Thread Smart微內(nèi)核操作系統(tǒng)，RT-Thread成為了為數(shù)不多的能夠同時(shí)為不同IoT應(yīng)用場(chǎng)景提供OS的廠商。

RT-Thread創(chuàng)始人熊譜翔表示，之所以選擇研發(fā)RT-Thread Smart微內(nèi)核操作系統(tǒng)，主要是看到在相當(dāng)多的應(yīng)用場(chǎng)景中，例如網(wǎng)關(guān)多種協(xié)議間的格式轉(zhuǎn)換、安防需要快速啟動(dòng)、高端處理器由于帶MMU功能復(fù)雜，Linux越來(lái)越龐大，傳統(tǒng)的IoT OS應(yīng)用與內(nèi)核編譯在一起后維護(hù)代價(jià)大，容易帶來(lái)安全性問(wèn)題，業(yè)界迫切需要一款更小、更快、更安全、可維護(hù)性更好的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

以安防中的IPC攝像頭為例：盡管Linux仍占主流，但RT-Thread Smart幾乎可以實(shí)現(xiàn)Linux應(yīng)用100%兼容，應(yīng)用移植工作量極少，并且RT-Thread Smart應(yīng)用開(kāi)發(fā)調(diào)試便利性大幅提升，而且啟動(dòng)時(shí)間也可以控制在300毫秒內(nèi)，有圖像顯示，更加契合IPC攝像頭的現(xiàn)實(shí)需要。

RT-Thread Smart技術(shù)亮點(diǎn)

RT-Thread Smart定位于成為一個(gè)專業(yè)的面向?qū)崟r(shí)應(yīng)用場(chǎng)合的高性能混合微內(nèi)核操作系統(tǒng)，填補(bǔ)傳統(tǒng)RTOS和大型操作系統(tǒng)Linux之間的空白，從而在實(shí)時(shí)性、成本、安全性、啟動(dòng)速度等方面取得最佳的平衡。

內(nèi)核輕型化、用戶態(tài)系統(tǒng)服務(wù)以及延續(xù)RT-Thread API風(fēng)格是其技術(shù)架構(gòu)，具備完善的用戶態(tài)環(huán)境，延續(xù)RT-Thread原有的生態(tài)，使用Scons構(gòu)建，并對(duì)接RT-Thread在線軟件包。同時(shí)支持POSIX，方便Linux應(yīng)用的移植。

也就是說(shuō)，宏內(nèi)核將應(yīng)用與內(nèi)核編譯在一起，作為一個(gè)整體進(jìn)行維護(hù)，優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)化清晰，組件間耦合性低，資源占用精煉，可進(jìn)行高度定制化，但缺點(diǎn)是功能復(fù)雜，維護(hù)代價(jià)大，容易帶來(lái)安全性問(wèn)題；而微內(nèi)核的好處是內(nèi)核輕型化，可拆卸，可重啟，安全性更好，相互之間內(nèi)存隔離。在RT-Thread Smart中，消息數(shù)據(jù)放于共享內(nèi)存空間中，以共享內(nèi)存方式解決進(jìn)程與間數(shù)據(jù)地址的問(wèn)題，免去數(shù)據(jù)復(fù)制開(kāi)銷。同時(shí)，不同模塊進(jìn)程間以消息方式傳遞數(shù)據(jù)，僅消息句柄，速度快、效率高。

看一看具體的性能表現(xiàn)：

資源占用：相對(duì)于裁剪版的Linux壓縮后內(nèi)核占用3.57MB、根文件系統(tǒng)5MB、內(nèi)存占用17.4MB來(lái)說(shuō)，RT-Thread Smart壓縮后內(nèi)核只有217KB，跟文件系統(tǒng)127kB，內(nèi)存占用1.9MB。

啟動(dòng)時(shí)間：使用宏內(nèi)核的方式將“RT-Thread+文件系統(tǒng)+網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧+多媒體”的啟動(dòng)時(shí)間需要3~5秒，Linux啟動(dòng)時(shí)間在5-10秒，而使用RT-Thread Smart啟動(dòng)只需要不到500毫秒。在帶圖形系統(tǒng)的情況對(duì)比啟動(dòng)時(shí)間RT-Thread Smart+柿餅UI啟動(dòng)只要1.7秒，遠(yuǎn)快于Linux的14.4秒。

實(shí)時(shí)性：中斷延時(shí)《1us，能夠滿足苛刻的高實(shí)時(shí)性場(chǎng)合

圖形用戶界面繼續(xù)支持RT-Thread“柿餅”UI。為了最大程度地降低上手難度，在“柿餅”中復(fù)雜的UI效果都被封裝成一個(gè)個(gè)的控件，設(shè)計(jì)人員只需通過(guò)拖—擺—輕配，就能完成整個(gè)UI效果的設(shè)計(jì)，所見(jiàn)即所得。同時(shí)，柿餅UI也強(qiáng)調(diào)快捷的開(kāi)發(fā)方式，采用了美工+“前端”模式的設(shè)計(jì)理念，類似前端的小程序編程，使用JavaScript腳本語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)用戶業(yè)務(wù)邏輯。

在對(duì)各種架構(gòu)處理器的支持方面，RT-Thread Smart支持采用Arm內(nèi)核的全志Cortex-A、Xilinx Zynq、樹(shù)莓派；龍芯2K（64位處理器）；RISC-V處理器（未來(lái)全志推出的RISC-V處理器也將搭載RT-Thread Smart）。同時(shí)在一站式開(kāi)發(fā)工具RT-Thread Studio集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE）中集成了RT-Thread Smart，進(jìn)一步降低使用門檻，提升工作效率。

如前文所述，站在開(kāi)源社區(qū)與商業(yè)的十字路口，RT-Thread 團(tuán)隊(duì)選擇了社區(qū)，選擇了開(kāi)源，采用Apache License v2.0！RT-Thread Smart代碼進(jìn)行開(kāi)源前的整理審查后，預(yù)計(jì)10月份開(kāi)源在代碼托管平臺(tái)，而RT-Thread合作伙伴即刻可獲取到代碼及相關(guān)支持。

破生態(tài)之殤，創(chuàng)技術(shù)之新

這是RT-Thread COO鄒誠(chéng)的演講主題。在他看來(lái)，包括安防和圖像、智慧城市和工業(yè)、智能家居、智能硬件在內(nèi)的AIoT市場(chǎng)，一方面要求智能終端具有圖形交互、應(yīng)用分離與安全、邊緣計(jì)算與端云一體化、AI與多媒體化的技術(shù)趨勢(shì)，另一方面又要求智能終端具備實(shí)時(shí)性、低成本、快速啟動(dòng)等特性。這就促使終端技術(shù)開(kāi)發(fā)平臺(tái)必須盡快從單一的RTOS（實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)）內(nèi)核，升級(jí)為具備豐富中間組件和軟件包的IoT OS（物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)）以提高開(kāi)發(fā)效率，從多芯多OS升級(jí)為軟件和應(yīng)用可復(fù)用的、統(tǒng)一的OS平臺(tái)以提升人才的管理和效率。

目前，在RT-Thread團(tuán)隊(duì)及社區(qū)的持續(xù)經(jīng)營(yíng)下，RT-Thread裝機(jī)量已超過(guò)6 億；Github Star數(shù)突破4600；超過(guò)10萬(wàn)的開(kāi)發(fā)者社區(qū)；芯片廠商支持超過(guò)80家，原生搭載超過(guò)30家；每年超過(guò)80場(chǎng)線上線下活動(dòng)；3本中文書(shū)籍，1本英文書(shū)籍，豐富的文檔內(nèi)容；300 +軟件包；羽翼漸豐的大學(xué)計(jì)劃，超過(guò)60所高校開(kāi)設(shè)課程，九所高校聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室；再加上鏈接產(chǎn)業(yè)上下游的一站式集成開(kāi)發(fā)環(huán)境RT-Thread Studio，“無(wú)生態(tài)不OS”的理念正在得到持續(xù)踐行。

作為睿賽德科技合作伙伴，龍芯中科副總裁杜安利發(fā)表了題為“本體安全下工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)軟硬件構(gòu)架”的演講，不但現(xiàn)場(chǎng)展示了RT-Thread Smart在龍芯2K1000嵌入式芯片平臺(tái)上的構(gòu)建方案，還詳細(xì)介紹了龍芯針對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景下的應(yīng)用案例，包括RT-Thread在內(nèi)的國(guó)產(chǎn)軟件平臺(tái)解決方案，對(duì)于未來(lái)關(guān)鍵工業(yè)領(lǐng)域本體安全的建設(shè)提出了系統(tǒng)級(jí)的解決方案和展望。

全志科技產(chǎn)品研發(fā)中心總經(jīng)理孫彥邦則從其多年的從業(yè)經(jīng)歷分享了產(chǎn)品應(yīng)用變化到產(chǎn)品技術(shù)變化，引出智能設(shè)備的OS選擇：開(kāi)源、實(shí)時(shí)、快啟動(dòng)、模塊化、好的生態(tài)環(huán)境，并表示將在年底推出的RISC-V AP級(jí)應(yīng)用處理器上搭載RT-Thread Smart微內(nèi)核操作系統(tǒng)以滿足多媒體+網(wǎng)絡(luò)智能設(shè)備需求，攜手RT-Thread建設(shè)更好的開(kāi)源生態(tài)。

鄒誠(chéng)表示，RT-Thread正憑借其靈活性、技術(shù)領(lǐng)先性，依托強(qiáng)大的生態(tài)，滿足產(chǎn)業(yè)AIoT自主基礎(chǔ)軟件平臺(tái)的需要，以開(kāi)源為本，通過(guò)企業(yè)服務(wù)、軟件授權(quán)、增值硬件的模式實(shí)現(xiàn)商業(yè)價(jià)值，同時(shí)會(huì)探索行業(yè)解決方案賦能、平臺(tái)渠道分成、App Store模式等，推動(dòng)RT-Thread的商業(yè)化。