通用OS裁剪后的操作系统
基于PC OS裁剪后的IoT OS（1/2）
Windows10 IoT Core
可兼容Windows应用及其他开发和管理工具
基于Linux、iOS、Windows等操作系统的裁剪，代表系统有win10IOT、Android Things、WatchOS等。
Windows 10 IoT是较低成本（计算及存储限制）物联网应用下的Win10优化版本，主要包括Win 10 IoT核心版和Win 10I oT企业版。
Windows 10 IoT核心版针对带显示屏或不带显示屏的小型设备进行了优化，可以被用来读取传感器数据、控制传动装置、连接到云、创建IoT应用程序等。Win10 IoT企业版是完整版本的Windows 10，可以为企业IoT解决方案提供可管理性和安全性，兼容Windows应用及其他开发和管理工具，和PC设备上极为相似。
基于移动操作系统裁剪后的IoTOS（2/2）
Android Things
可利用现有生态为物联网提供新的APIs
2014至2019年间谷歌在物联网应用布局上进行了很多尝试，其中很重要的两个工具是由Android裁剪而来的Android Things和AndroidWear（后改名WearOS）。Android Things应用于各种物联网设备，而WearOS则应用于可穿戴设备。
Android Things是Google针对物联网和智能硬件推出的一款操作系统，谷歌的理念是通过Android Things让Android开发者与公司能够以他们过去的开发方式继续开发物联网硬件设备，避免不必要的麻烦。
Android Things可以依靠现有的生态资源，如开发工具、Android SDK和庞大的开发者社区等；
Android Things将为物联网设备提供新的APIs，如低电平的I/O接口和为通用组件提供了库支持，如温度显示器、显示控制器等；利用Android OS定期的更新机制保证其自身的安全性。
基于移动操作系统裁剪后的IoTOS（2/2）
AndroidThings
相较于Android系统，弱化了交互
将裁剪后的Android Things和Android进行对比可以发现，Application和Application FrameWork层内和交互相关的模块被裁剪掉，Libraries和内核层则没有任何裁剪。这说明Android Things在用户的交互需求上较弱，主要偏向于处理物联网数据，因此对上层多应用并没有过多支持。
小结：通用系统裁剪后的IoT OS的优势在于软硬件生态成熟，开发难度较小；劣势在于应用场景受限，需要其他系统进行辅助。
由成熟系统裁剪而来的IoT OS优势在于，其开发模式可以接近于成熟系统，比如Android Things以Java语言开发，使用Android Studio作为开发工具，开发过程和Android几乎相同。但裁剪后的IoTOS显然在应用场景上有限，例如微软在推出基于Win10的IoT版本后，又相继推出Azure Sphere和Azure RTOS作为补充。
核心结论：
传统商业操作系统公司从裁剪现有系统出发，以迎合物联网场景下的需求，在内核技术上更少体现硬实时性；
裁剪后的IoT OS优势在于开发语言和工具上沿袭了传统，使得开发者可以按照原有习惯进行软件开发；
裁剪后的IoT OS往往都会和自有的AI技术相结合，在端侧输出AIoT能力；
裁剪后的IoT OS仅能满足物联网场景下的小部分终端设备需求，往往需要和其他操作系统一起配合。
轻量级物联网操作系统
满足终端物与物实时连接
物联网开发场景下大量使用嵌入式系统，并添加物联网场景所需要的的通讯协议栈、中间件和组件。轻量级物联网操作系统很好的满足了低功耗和低计算能力下对MCU的限制。轻量级IoT OS基本都为实时内核，其中的代表操作系统有FreeRTOS、RT-thread、mbed OS、LiteOS等。此类操作系统的优点在于，和底层硬件的适配较好，缺点则在于上层软件开发遇到种种问题，应用拓展困难。云服务商提供的RTOS可以让用户更快地开发，加速物联网项目的落地。
亿欧智库：影响轻量级IoTOS性能的6大关键因素。
内存占用:
由于IoT终端设备资源有限，因此OS占用的内存有限；
可扩展性:
OS的基本作用是隐藏不同硬件的细节差异，因此需要考虑对于不同硬件的支持性；同时，除强制性内核外，其他功能应该以附件组件的形式存在；
可移植性：
OS将底层硬件和应用程序隔离开来，需要以标准形式（例如兼容POSIX）移植到不同的硬件平台；
连接性：
OS需要支持不同种类的连接协议，以适应连接方式的多样性；
安全性：
OS需要以安全启动，SSL支持，组件和加密驱动程序保证安全；
可靠性：
OS自身及对其应用程序应该有一套认证模式，以确保长期远程工作中不出现故障。
ArmMbedOS：
硬件广泛兼容，软件易于移植开发
Arm Mbed OS是由Arm公司推出的开源IoT操作系统。Arm的生态系统已经产出数十亿个由Arm合作伙伴出货、基于Arm架构的芯片所带动的IoT装置。为进一步高效地推进IoT硬件市场，Arm积极推动操作系统及Mbed操作系统伙伴管理(Mbed OS Partner Governance)模型。Mbed OS的优势在于，从硬件层架构设计入手，在硬件兼容性规范上具有先天优势。ARM在Mbed平台上提供了60多经过MbedEnable认证的硬件方案供开发者选择，包括100多种开发板和400多个元件库，涵盖了市面上主流的芯片厂商，如NXP、Atmel、ST、瑞萨等，减少了软件开发者因为硬件不兼容原因的二次开发和移植困境。
Arm Mbed Linux OS：在MbedOS基础上整合Linux Kernel及Yocto方案，增加服务可用性。
Mbed Linux OS是Arm公司近年来推出的第二款物联网操作系统。如果说Mbed OS面向的是资源受限，希望用简单快捷的方式满足连接、安全以及应用开发需求的设备，那Mbed Linux OS则面向网关、摄像头、工业电脑这类资源配置更丰富的设备，方便用户集中开发高附加值的功能。ARM是一家专注于底层技术的公司，认为操作系统和管理平台作为物联网时代的基础。从其物联网布局可以看出，广义的物联网操作系统是ARM最为关注的部分，无论是两套适应不同应用场景的操作系统，还是基于多终端管理需求出发的IoT平台，ARM希望从底层技术出发掌握物联网产业的发展重心。并且，打通芯片到云端也更利于物联网安全。
Amazon FreeRTOS：内核灵活无限制，实时响应低时延，可广泛支持小型设备。
FreeRTOS作为2003年推出的老牌开源嵌入式操作系统，遵循MIT开源许可发布，在全球范围内拥有大量使用者。据EEtimes杂志嵌入式系统市场报告2011-2017数据显示，FreeRTOS在RTOS内核使用榜和RTOS内核计划使用榜上都居前列。2017年之后FreeRTOS还获得了亚马逊平台的支持，使得低功耗的小型设备可以安全地连接到AWS云服务上，提高端侧操作系统的云端支持能力。获平台加持后的Amazon FreeRTOS构建侧重于设备可靠性和易用性，具有可裁剪、可剥夺型内核，且没有任务数量限制。
Huawei LiteOS：上承HiLink开放平台，下接华为自研芯片，是华为物联网体系的重要一环。
Huawei LiteOS是华为面向物联网领域开发的实时内核轻量级操作系统，于2015年正式推出，并于2016年开源。LiteOS可广泛应用于智能家居、个人穿戴、车联网、城市公共服务、制造业等领域。LiteOS是华为物联网战略中的重要一环，上承HiLink开放平台，下接华为自研及第三方提供的物联网芯片。
Huawei LiteOS：异构芯片、轻量内核、OpenCPU决定其易开发、低功耗、端云互通组件完备的优势。
LiteOS采用了OpenCPU架构，MCU和通信模组二合一，降低终端设备大小和成本；基于物联网领域业务特征打造领域性技术栈，为开发者提供“一站式”完整软件平台；SDK端云互通组件预集成了全套IoT互联互通协议栈，有效降低开发门槛、缩短开发周期，能够帮助众多行业客户快速的推出物联网终端和服务。
LiteOS具备轻量级、安全性、低功耗、互联互通、组件丰富、快速开发等关键能力，具有轻量级、联接智能、组网智能和管理智能等主要特点。
HuaweiLiteOS：开发者生态的构建
LiteOS于2015年发布，遵循BSD-3开源许可协议，2018年是其发展高峰期，2019年以后的发展趋势趋于低缓。从Grank的结果可知，LiteOS的用户类型较为集中，主要应用在智能家居、智能穿戴、车联网、城市公共服务等领域。
RT-Thread：来自开源社区
可根据编程对象实现模块化裁剪
RT-Thread2006年诞生于中文开源社区中，以满足当时对小型实时操作系统（RTOS）的更高需求。经过10余年的发展，RT-Thread已经成长为组件丰富、高度可伸缩、开发简易、低功耗、安全保障的物联网操作系统，被广泛应用于能源、汽车、消费电子等多个行业，截止2020年累积装机超过6亿台。RT-Thread的广泛应用离不开其基于Apache License2.0开源许可协议的免费商用和丰富组件支持。
RT-Thread：物联网多终端场景的布局
RT-Thread以提供专业开发板、RT-Thread Studio开发工具、图形化UI控件、多样性的传感器支持包形式来扩大自身操作系统的行业影响力。从其应用领域来看，带屏设备及无屏设备皆有覆盖，创新型智能家电是其重点应用的领域。
几种轻量级物联网操作系统的详细参数比较
在具体的参数和指标对比上，何小庆先生曾经在论文中针对Huawei LiteOS的2018年3月30日C50社区开源版及LiteOS SDK10.0、Amazon FreeRTOS V1.2，还有RT-Thread V3.1.1做过参数比对，具体结果列于下表。
小结：不同背景厂商布局物联网操作系统，采用开源模式扩大市场规模，构建软硬件生态。
近年来越来越多的科技互联网公司开始关注于物联网操作系统（IoT OS）的布局，除以上所述的五种外，还有如腾讯于2019年推出的Tencent OS Tiny，微软于2020年推出Azure RTOS，以及中移动推出的OneOS等。我们认为ARM Mbed OS、Amazon FreeRTOS和RT-Thread分别具有代表性，因此重点去进行对比。
核心结论：
1、基本上所有的IoT OS都采用开源模式，期望形成自己的软硬件生态，这导致了目前阶段使用物联网操作系统的成本很低。
2、芯片架构厂商、云计算厂商和OS领域的初创公司都推出了较为成熟的产品，希望从未来的IoT大市场中占据有利位置。
3、IoT OS本身的技术复杂度并不如传统的PC和移动端系统，难点在于对碎片化终端需求的满足。目前IoT OS还处于混战阶段，未来极有可能出现2-3家市场占有率高的优秀IoT OS。
下一代操作系统
完整的IoT网络需要多种类型的操作系统共同实现，物联网终端碎片化的发展趋势催生了下一代物联网操作系统。
物联网硬件的操作系统使用通常分为两类：终端设备和网关。与网关相比，终端设备或节点的功能需求通常要小得多。因此应用于终端中枢设备的系统和其他IoT终端设备有较大的差异，实现的功能目标也完全不同。是否有一种从设计结构上就符合物联网的多终端和碎片化需求的IoT OS可以满足多方面需求？我们关注到谷歌Fuchsia和华为鸿蒙OS可能会实现。下面将重点介绍这两个系统。
终端中枢设备往往承担起较重的任务，Linux、Win10 IoT和Android Things大多服务于此类需求：
由中枢设备进行端侧的数据整合、实时分析，并作出实时决策，减少去往云端的数据量；
此外还要起到保护下游设备不被非法侵入的防火墙功能；
与基于云的物联网平台的可靠通信，在网络中断的情况下，备份传输以及管理数据和设备；
小型IoT终端设备往往采用轻量级的IoT OS，甚至于不采用OS而直接用裸机模式：
一般认为，在8位MCU上很少使用OS，消耗少于16KB的RAM和Flash/ROM的系统不需要操作系统；
在资源稍高的设备上，采用OS和开发中间件将简化软硬件开发过程，提升设备能力。
谷歌：为解决Linux内核与物联网不适配的问题，Fuchsia应运而生，分层模块化的架构更适合裁剪定制，更贴近终端需求。
Android及Chrome OS带给谷歌在操作系统上的经验积累，同时也让谷歌认识到基于Linux内核的诸多局限。尽管Android为了弥补Linux的缺陷打了厚重的中间层，但仍无法从根本上解决问题。谷歌Fuchsia项目在设计之初就瞄准了现有OS的诸多缺陷，旨在适用于从手机、PC到智能设备的各种物联网设备。Fuchsia采用Zircon微内核，并使用Flutter作为开发框架，提供了上游硬件厂商、下游应用开发者、设备友商、用户和安全等5方面的改进。在系统架构上，Fuchsia采用模块化和层级化的方式来化解Android的设计缺陷。
Fuchsia采用微内核，灵活易用
但是IPC耗能高、效率低的问题急需改进
由于Fuchsia完全的抛弃了宏内核，其微内核带来的程序运行特点值得一提。微内核将系统分为小的功能模块，只在内核中保留最核心的调度等功能，这也意味着大部分的系统级服务都被拆分到了内核外，以进程间通信（IPC，Inter-Process Communication）形式执行。IPC是微内核系统消耗最大的一部分，存在很大的改进空间，是目前阶段的技术难点所在，尤其是对于规模较大的内核而言。
宏内核vs微内核
对比发现微内核是IOT OS的发展方向
IOT需要什么样的操作系统？
无缝更新能力：
系统更新通过后台完成，无需中断；
维护系统安全能力：
具备防止恶意攻击能力；
保持长期连接能力：
保持5G、WIFI等连接，保证设备间能一直相互连接；
云端接入能力：
支持设备间无缝访问数据；
支持各种交互能力：
兼顾触控、手写、语音、键鼠等方式以及能够通过传感器和姿势感知支持多样产品形态能力支持云、边、端的应用。
AI能力
微内核是IOT OS的发展方向。
Fuchsia以移动平台为入口，进军桌面平台、服务器平台，充分利用Android生态，拓展在物联网行业的合作伙伴。
Fuchsia极有可能是谷歌告别Linux kernel历史包袱，并且建立起统一操作系统的契机。Google挑选了一系列它认为合适的技术和组件加入到这个新操作系统中。例如，微内核Zircon、基于能力的访问控制、Vulkan图形接口、3D桌面渲染Scenic、Flutter应用开发框架等。谷歌对其的发展规划是，先在智能音箱等智能家居上应用，然后逐渐转移到笔记本电脑等更大的设备上。用于编写Fuchsia应用的Flutter SDK现已经能够为Android和iOS应用程序生成代码，开发跨系统应用正在尝试中。
华为：物联网操作系统的发展新方向是鸿蒙OS，变革关键点是以鸿蒙微内核取代目前多种内核共同运作的模式。
华为对鸿蒙OS的发展给出了大致的发展阶段，其中最核心的转变是在兼容Linux内核的基础上逐渐用自研的鸿蒙微内核替换掉当下Linux内核、鸿蒙微内核和华为LiteOS共存的形态。同时鸿蒙也会关注于对Android的兼容问题。分布式技术的广泛运用为终端设备之间的互操作性提供可能。方舟编译器和面向多终端开发的IDE为代码一次开发多终端移植提供工具便利。
鸿蒙OS分布式技术带来的互操作性
分布式技术带来的设备间互操作性可能是鸿蒙OS带给消费者的最大不同体验。以分布式软总线、分布式数据管理和分布式安全为三大核心的分布式技术从根本上将其区别于之前的主流操作系统。同时，分布式技术也将改变上层应用和终端硬件的开发形态。
分布式软总线：
分布式软总线是对过往连接中硬总线的替代，全场景设备间可以基于软总线完成设备虚拟化、跨设备服务调用、多屏协同、文件分享等分布式业务,具备自发现、自组网、高带宽低时延的特点。
低时延：10ms端到端时延；
高吞吐：有效吞吐2.4Gbps；
高可靠：30%抗丢包率；
异构融合网络：WiFI、蓝牙等异构网络快速连接；
自发现自组网：无感连接；
动态时延校准：多设备间的时延同步。
分布式数据管理：
分布式数据管理让跨设备处理如同本地一样方便快捷,本质上是不同设备上的数据整理成一个可以统一访问的接口去调用。
分布式文件系统：远程读写性能是Samba的4倍；
分布式数据库：OPS性能是ContentProvider的1.3倍；
分布式检索：检索性能是IOS Core Spotlight的1.2倍；
分布式安全：
确保正确的人、用正确的设备、正确的使用数据。
正确的人：根据业务场景提供最佳安全认证策略；
正确的设备：内核级安全能力提升全场景设备安全性；
正确使用数据：定义数据和设备安全级别确保数据流通安全可信。
系列分布式技术带来应用层面的形态改变， 一个应用由许多可以独立运行的元服务组成，以服务分布式条件下任务调用的需求。
方舟编译器对终端软件编译机制进行了架构级优化，在鸿蒙OS应用开发中起关键作用。
方舟编译器将会是鸿蒙OS赢得开发者生态的关键。跨语言编译是制约应用程序执行效率的瓶颈，从程序员使用的C、C++和Java等程序语言转换为硬件执行的机器码。和现有安卓编译器不同代码保持独立，在运行环境中进行协调，因此产生额外系统开销的做法不同，方舟编译器在开发环境中就编译成一套可执行文件，节约了系统开销。多层Maple IR能够使得多种编程语言在编译后可兼容运行于不同操作系统下。
鸿蒙OS的发展将紧密结合
华为“1+8+N”的物联网终端战略
如前文所述，华为Lite OS在轻量级物联网操作系统上早有布局，而2019年8月发布的鸿蒙OS则是更进一步的升级。作为对比，我们可以发现鸿蒙OS与Fuchsia在设计理念上极为相似。鸿蒙OS也采用微内核架构，将系统分为小的功能模块，只在内核中保留最核心的调度等功能。可以预见未来鸿蒙OS将会通过华为“1+8+N”的终端战略搭载在各种不同形态的产品上。
华为鸿蒙OS的产品落地情况
华为消费者业务坚持“1+8+N”全场景智慧生活战略，以鸿蒙操作系统和HiAI为核心驱动力，支持HiLink智能家居生态和HMS（华为终端云服务,Huawei Mobile Services）服务生态的协同创新，升级软硬件用户体验，使包括手机在内的全场景终端实现互联互通、能力共享，让消费者享受不同生活场景下、多种设备间无感连接、信息内容无缝流转的智慧生活美好体验。
物联网操作系统发展展望
尽管桌面和移动时代操作系统的发展给我们提供了很多信息和经验，但AIoT时代的操作系统发展路径很有可能区别于桌面和移动端的操作系统。相比于设备硬件高度相似、应用通用性高的桌面端和移动端，IoT OS面临的场景更为复杂，设备种类更多，因此也需要更强的协同作业能力。
亿欧智库以嵌入式系统为基础的物联网系统发展趋势
趋势1：嵌入式系统以行业应用为主，不会像桌面和移动端一样存在单一或寡头平台；而同一行业内有可能会形成开放、软硬件重用、构件兼容、维护方便和产业分工的标准，以增强行业内的健康发展。
趋势2：嵌入式应用开发急需要强大的开发工具和操作系统的支持，降低开发难度，提升开发速度。
趋势3：嵌入式系统逐渐向可编程的新型计算模型发展。
趋势4：在不同应用行业领域，收取开发费用和版税的商用型OS和不收版税，只收技术服务费的开源型OS会共同存在，为建立以生态为主的行业巨头尤其会选择开源模式。
现在和将来
AIOT时代，操作系统层面的角逐刚刚开始
AIoT时代，软硬件的需求都发生变化，对介于软硬件之间的操作系统层产生新需求。我们相信AIoT时代必将带来操作系统层的新机会。从软件层面，IoT OS拥抱AI是必然，物联网在异构数据收集上天然具有优势，但AI在物联网的整体融入则在算力和算法层面提出不小挑战。同时，5G等通信技术带来的高吞吐和低时延对OS性能也提出了新的要求。AIoT是人-机-物高度融合的物理信息系统（CPS,Cyber-Physical System），操作系统层面面临挑战，这需要科技企业和开发者去推动生态和技术演化之路。
AIOT时代的新军备
操作系统应该怎么做？
从第二章我们发现，无论是硬件厂商、云计算公司还是传统软件开发商，都在积极备战AIoT技术储备。我们认为操作系统是一家致力于在AIoT领域起到关键性作用和占据重要产业地位的公司所必须掌握的核心技术之一。但目前不管从技术成熟度还是应用成熟度而言，面向AIoT的操作系统发展任重道远，由此，我们提出了以下几个重点问题和行业内进行探讨：
1、企业开发的面向物联网的操作系统究竟应该开源还是闭源？
开源的优势：替软件开发者缩减成本，迅速积累开发者的使用和支持；
替硬件开发者降低系统适配难度；
后续开发中可以借助外部开发者的力量。
劣势：对软件缺乏掌控力，容易出现碎片化的版本失控情况；
软件本身商业变现存疑，商业模式待探索；
闭源的优势：加强企业对软件的控制，标准化好，能够从软件本身获得利润；
劣势：一般以牺牲市场占有率为代价，发展速度慢；
对企业的后续服务能力提出考验，需要持续投入自有资源到软件升级优化和开发者套件的开发中。
IoTOS的发展中是否会出现类似于谷歌AOSP（Android开源项目）+GMS（谷歌移动服务）的控制模式值得思考。当然很有可能会产生软硬件厂商更加紧密合作发展的新模式。
2、面向物联网的操作系统应该是统一的还是多套系统共存？
物联网终端的碎片化和复杂度使得是否可能存在统一的一套系统值得商榷。此前并非没有厂商尝试过一统多终端的操作系统，最典型的案例是微软曾尝试用“OneCore”项目将Windows 10，Windows Server，Windows 10 Mobile和Windows 10 IoT等构建在同一Core之上。用一套OS内核实现对终端设备的全覆盖，目前来看是一项极难的挑战。作为对比，目前同一厂商基本会开发几套系统：
不仅是开源\闭源，统一操作系统\多种OS共存的发展问题，限制物联网产业发展的核心因素之一，难以像手机端一样建立硬件和软件开发解耦合的虚拟抽象层的问题一直无法解决。
3、物联网产业如何应该实现硬件标准和软件开发的分离？
以安卓为例，在建立了硬件标准接口和用虚拟抽象层实现软硬件分离与解耦后，才使得软件开发者只需调用OS提供的编程接口，而无需关心硬件配置。
而显然在物联网中开发这样一层物理世界的抽象层难度远远大于手机这一单一设备。不同厂商之间从建立自身生态考虑出发，也给物联网设备间的互联互通带来阻碍。物联网统一标准的道路上还存在着大量“解耦”工作，需要通过不同层面的操作系统，将硬件相对标准化，定制化功能通过软件实现。
软件定义物联网，可能还要很长的路要走。
4、在IoT OS发展及其生态上，国内是否可以借机实现对国外的赶超？
自1980s以来的嵌入式系统发展过程中，国内伺服器、工控场景对RTOS的开发需求缺失直接导致我国在嵌入式操作系统发展上落后于国外，国内基本采用的是国外的FreeRTOS、VxWorks或嵌入式Linux等。更不要谈Windows、Android、iOS等国外研发的通用型操作系统在国内的垄断地位。
但随着近年来我国对物联网产业发展的实际需求产生和重视，涌现了一批优秀的IoTOS厂商和相关生态。可以说在探索物联网的新系统和新应用上，我国很难再从国外发达国家处获得有效借鉴。
由于软硬件生态原因，对国外成熟操作系统厂商（例如微软和谷歌）的产品进行追赶极难实现，但在物联网的发展上，国内厂商及其指定的标准可能有机会实现弯道超车。
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