嵌入式操作系統(tǒng)作為電力終端的“指揮中樞”，負責控制應(yīng)用程序和資源，是與芯片共建能源互聯(lián)網(wǎng)軟硬件生態(tài)體系的關(guān)鍵。它也像是“地基”，信息就筑在上面的“房屋”里。為了避免硬件終端中的功能、應(yīng)用變成 “空中樓閣”，智芯公司直面問題根源，致力于突破技術(shù)束縛，研發(fā)出自主可控的操作系統(tǒng)——“樞紐”系列操作系統(tǒng)，全面覆蓋高中低端芯片硬件平臺。目前，“樞紐”操作系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)各環(huán)節(jié)的終端設(shè)備，為新型電力系統(tǒng)建設(shè)提供安全可靠的自主解決方案。

“樞紐”操作系統(tǒng)為底層硬件和業(yè)務(wù)應(yīng)用賦能

業(yè)務(wù)驅(qū)動，構(gòu)建安全融合體系

為滿足新型電力系統(tǒng)未來發(fā)展需要，2014年智芯公司啟動嵌入式操作系統(tǒng)研發(fā)，并將其命名為“樞紐”，希望它成為連接電力終端和業(yè)務(wù)應(yīng)用的中樞，成為承上啟下開辟能源互聯(lián)網(wǎng)新時代的重要支撐。

“在電力應(yīng)用場景中，資源沖突和電網(wǎng)安全邊界模糊是我們首要面對的難題。如何解決呢？降低軟硬件依賴是根本，提高云邊協(xié)同安全是關(guān)鍵。”智芯公司“樞紐”操作系統(tǒng)技術(shù)帶頭人李德建表示。

研發(fā)團隊以“樞紐”—邊緣操作系統(tǒng)作為首個研發(fā)項目，突破嵌入式虛擬化技術(shù)，自主研發(fā)了虛擬域管理器、應(yīng)用管理器、設(shè)備管理器、系統(tǒng)管理器等關(guān)鍵系統(tǒng)服務(wù)組件，可全方位感知電力終端的軟硬件健康狀態(tài)，為不同業(yè)務(wù)應(yīng)用提供虛擬穩(wěn)定、安全隔離的運行環(huán)境，完全滿足邊緣物聯(lián)設(shè)備多業(yè)務(wù)運行需求。

虛擬化技術(shù)將電力終端的物理資源按實際需要配置成不同的容器，容器內(nèi)資源共享，容器外資源不可見。不同的業(yè)務(wù)應(yīng)用可以靈活地部署在不同的容器中運行，降低了軟硬件依賴，提高了業(yè)務(wù)應(yīng)用的可移植性和可擴展性。同時，系統(tǒng)為上層軟件提供統(tǒng)一的調(diào)用接口。

“這就仿佛不同品牌和型號的汽車在引擎、懸掛、變速器等方面有各種差異，但對于駕駛者來說，他們只需了解基本的駕駛原則，如踩油門、剎車、轉(zhuǎn)向，而不需要深入了解每輛汽車的內(nèi)部機制。”李德建補充道。

2019年“樞紐”—邊緣計算操作系統(tǒng)量產(chǎn)版成功發(fā)布，也是“樞紐”系列操作系統(tǒng)蓄力五年后的第一次亮劍。不但獲得中國金融認證中心（簡稱 CFCA）國內(nèi)安全操作系統(tǒng)最高等級（四級）認證，也在實際運行中有效抵御了如設(shè)備控制權(quán)獲取、用戶身份盜取等惡意攻擊，提高了電力終端的接入安全管理能力和靈活運行效率。

自主可控，筑牢系統(tǒng)內(nèi)核基礎(chǔ)

在數(shù)字化時代，軟件產(chǎn)業(yè)正在引領(lǐng)科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，操作系統(tǒng)的重要性更加凸顯。長期以來，電力終端操作系統(tǒng)的短板是底層基礎(chǔ)技術(shù)不自主。為了實現(xiàn)工業(yè)芯片自立自強，操作系統(tǒng)內(nèi)核自主可控是必須攻克的關(guān)鍵難題！“操作系統(tǒng)是軟件體系的基礎(chǔ)，如果將軟件產(chǎn)業(yè)比作高樓，那么操作系統(tǒng)就是根基，地基牢固，才能支撐整棟大樓。”操作系統(tǒng)項目負責人王慧表示。

“內(nèi)核是軟硬件資源分配與調(diào)度的核心，要實現(xiàn)操作系統(tǒng)完全自主，統(tǒng)一的架構(gòu)設(shè)計是關(guān)鍵難點。”李德建補充道。為實現(xiàn)自主可控的目標，智芯公司加快推進“樞紐”—輕量級自主內(nèi)核操作系統(tǒng)的研制。

核心技術(shù)從來不是別人賜予的，必須依靠自主創(chuàng)新。研發(fā)團隊分為多個小組，“多線并行”從不同技術(shù)路線進行論證，每個小組在查閱大量國內(nèi)外文獻和實驗室測試后，將測試結(jié)果進行對比、討論、分析，確保制定最佳的技術(shù)方案。

研發(fā)團隊對“樞紐”操作系統(tǒng)技術(shù)路線進行驗證測試

針對多場景下電力終端硬件資源差異巨大的特點，研發(fā)團隊設(shè)計了插件式、可靈活配置的內(nèi)核架構(gòu)，將內(nèi)核各項功能精心設(shè)計為可插拔的組件，針對硬件資源特點進行最優(yōu)化組合。“這就像是搭積木，除了基礎(chǔ)功能外，可選擇具有不同功能但標準化的組件進行組合，最終制作成形態(tài)各異、滿足多場景、不同硬件資源的操作系統(tǒng)。”李德建解釋說。

歷經(jīng)400個日夜的集中攻關(guān)，100余次會議的交流探討，2022年智芯公司成功研制出“樞紐”—輕量級自主內(nèi)核操作系統(tǒng)。經(jīng)國內(nèi)權(quán)威檢測機構(gòu)工信部中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院認證，該系統(tǒng)內(nèi)核代碼自主率達到100%，解決了嵌入式操作系統(tǒng)國產(chǎn)化率低、硬件不兼容、安全可靠性亟待提升等難題。

樞紐4.0獲工信部賽寶實驗室功能安全系統(tǒng)檢測認證

增強實時性，賦能工控領(lǐng)域全場景

從產(chǎn)品研發(fā)的角度，技術(shù)發(fā)展的路徑就是“一生二、二生三、三生萬物”的過程。圍繞強實時需求，研發(fā)團隊以邊緣操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過擴展強實時內(nèi)核域，設(shè)計了實時驅(qū)動框架，成功研制“樞紐”—實時雙內(nèi)核操作系統(tǒng)。經(jīng)過實際應(yīng)用，該操作系統(tǒng)不但提升了終端對實時業(yè)務(wù)響應(yīng)能力，用戶編程方式與原邊緣計算操作系統(tǒng)一致，用戶友好性與可用性極高。

“樞紐”系列操作系統(tǒng)研發(fā)歷程

“樞紐”系列操作系統(tǒng)的研制，進一步提升了電網(wǎng)智能化、電力設(shè)備自主化水平。但是自主的操作系統(tǒng)，不僅僅只是運行在實驗室里，它更需要面對市場的考驗。目前，搭載“樞紐”操作系統(tǒng)的各類終端產(chǎn)品已在電力領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)百萬級部署應(yīng)用，獲得電力系統(tǒng)客戶廣泛認可，并在軌道交通、石油石化、醫(yī)療儀器等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

在電力行業(yè)，“樞紐”系列操作系統(tǒng)為用電信息采集系統(tǒng)上億電力終端設(shè)備在敏感數(shù)據(jù)存儲與管理、身份認證、數(shù)據(jù)安全傳輸、業(yè)務(wù)流程控制等方面保駕護航，保障智能電網(wǎng)在極端復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境下安全穩(wěn)定運行。

搭載“樞紐”操作系統(tǒng)的智能融合終端應(yīng)用于智能電網(wǎng)建設(shè)

在其他工業(yè)領(lǐng)域，“樞紐”操作系統(tǒng)在車輛信號系統(tǒng)、井下監(jiān)測設(shè)備、呼吸機控制系統(tǒng)、無紙打印機等場景中運行良好，并在未來進一步規(guī)模化拓展，為涵養(yǎng)國產(chǎn)操作系統(tǒng)生態(tài)，支撐國產(chǎn)操作系統(tǒng)在更多關(guān)鍵領(lǐng)域應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)。

擔當作為開新局，奮勇爭先走在前。未來，智芯公司將繼續(xù)心懷“國之大者”，深入推進能源革命事業(yè)，緊緊圍繞國家電網(wǎng)公司“一體四翼”的發(fā)展布局，依托邊緣計算、物聯(lián)網(wǎng)、5G、工控實時、人工智能等核心技術(shù)，構(gòu)建軟硬件協(xié)同的工控全場景發(fā)展生態(tài)，全面支撐國家新型電力系統(tǒng)建設(shè)。

審核編輯：彭菁