萬物互聯(lián)時代的操作系統(tǒng)研究報告

1、萬物互聯(lián)時代的操作系統(tǒng)研究報告技術(shù)創(chuàng)新，變革未來2前言前言研究背景與目的物聯(lián)網(wǎng)因其宏大主題，以及巨大的應(yīng)用想象空間而備受政府和企業(yè)的關(guān)注。國際電信聯(lián)盟 (ITU) 對物聯(lián)網(wǎng)的定義：“物聯(lián)網(wǎng)主要解決物品到 物品 (Thing to Thing，T2T)，人到物品(Human to Thing，H2T)，人到人 (Human to Human，H2H) 之間的互聯(lián)?！币虼宋锫?lián)網(wǎng)也被視為是 繼計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后的第三次技術(shù)革命。但由于物聯(lián)網(wǎng)包含的軟硬件技術(shù)太多，既牽涉到硬件端如傳感器、通訊模組、異構(gòu)芯片，也涉及 到軟件層如操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，行業(yè)發(fā)展遇到不少困境，行業(yè)整體呈波段式前進(jìn)。AIoT+云計

2、算+5G的發(fā)展，使得萬物互聯(lián)正在逐漸成為現(xiàn)實，整個ICT產(chǎn)業(yè)可能有一次重塑的機(jī)會。數(shù)據(jù)的連接節(jié)點、傳輸速度、時延、處理 的規(guī)模和速度得到不斷的提升，“萬物互聯(lián)”的AIoT將會在智能家居、智慧工廠、智慧城市等場景下均有較大表現(xiàn)。一直關(guān)注于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，自2018年發(fā)布2018中國物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研究報告以來，后續(xù)又推出了深入探討物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用的報告。 2019年中國智慧城市發(fā)展研究報告、 2020中國車聯(lián)網(wǎng)商業(yè)模式分析報告、 2020智能物流產(chǎn)業(yè)研究報告、2020巨頭企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)布局研究等已發(fā)布報告從不同角度探討物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。我們也越來越關(guān)注底層技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中起到的推動力。操作

3、系統(tǒng)作為重要底層軟件技術(shù)之一，上承應(yīng)用開發(fā)，下接海量的硬件終端， 正在吸引巨頭提前布局。我們觀察到國內(nèi)外科技巨頭都在操作系統(tǒng)層面有所布局，比如谷歌的Android Things和Fuchsia、阿里的AliOS和 AliOS Things、華為的LiteOS和鴻蒙OS、ARM的MbedOS等。但市場中對于面向萬物互聯(lián)時代的操作系統(tǒng)還未有充分的討論，我們希望借助這份報告來實現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)（IoT OS）的定義與梳理，提供給物聯(lián)網(wǎng)從業(yè)人士和其他對物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)感興趣的人士一些有用見解。3前言前言主要研究發(fā)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)終端海量碎片化的特征，很可能使得物聯(lián)網(wǎng)的操作系統(tǒng)并不像PC或手機(jī)系統(tǒng)具有個別企業(yè)壟斷市

4、場的局面；云計算廠商和終端硬件設(shè)備廠商有充分的動力去推動自研物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，“云+端”是物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的主要競爭場；云計算廠商做 IoT OS的代表有阿里云、谷歌云、AWS、Azure等，硬件相關(guān)廠商做IoT OS的代表有華為、ARM、蘋果等。技術(shù)積累和資源稟賦決定 了不同廠商的入局點不同。當(dāng)前階段應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)往往呈現(xiàn)出輕量級系統(tǒng)和通用級系統(tǒng)并存的情況，輕量級滿足低計算資源（RAM及ROM資源最小以KB 計）場景，通用級適用于計算資源較好（ RAM及ROM資源在MB以上，甚至達(dá)到GB）的物聯(lián)網(wǎng)場景，是否會出現(xiàn)一種統(tǒng)一的IoT OS， 還是多套系統(tǒng)的配合實現(xiàn)功能，目前而言下定論還為時尚早

5、。巨頭嘗試去打破操作系統(tǒng)這種異構(gòu)狀態(tài)，但前景不明朗。新老操作系統(tǒng)的交替會持續(xù)相當(dāng)一段時間。嵌入式操作系統(tǒng)幾乎每10年會發(fā)生一次重大模態(tài)進(jìn)化，目前的時間節(jié)點下來比較，很類似于2005-2008年移動操作系統(tǒng)的爆發(fā)前夜，當(dāng) 時無論是微軟、惠普&Palm、諾基亞、谷歌、三星、黑莓，還是蘋果公司都在積極探索面向下一代的便攜式個人計算機(jī)新形態(tài)，并最 終出現(xiàn)智能手機(jī)的繁榮。桌面端：Windows系列 88.23% + Mac系列 8.9% = 97.13%移動端：Android 74% + iOS 25%=99%海量碎片的物聯(lián)網(wǎng)端：分業(yè)務(wù)、分場景、分生態(tài)專業(yè)術(shù)語解釋MCU：微控制單元（Microcontr

6、oller Unit），又稱單片微型計算機(jī)（Single Chip Microcomputer ）或者單片機(jī)，是把中央處理器（CPU）的頻率與規(guī)格做適當(dāng)縮減，并將內(nèi)存（memory）、計數(shù)器（Timer）、USB、A/D轉(zhuǎn)換、UART、PLC、DMA等周邊接口，甚至LCD驅(qū)動電路都整合在單一芯片上，形成芯片級的計算機(jī)，為不同的應(yīng)用場合做不同組合控制。SoC：系統(tǒng)級芯片或片上系統(tǒng)（System on a Chip），國內(nèi)外學(xué)術(shù)界一般傾向?qū)oC定義為將微處理器、模擬IP核、數(shù)字IP核和存 儲器（或片外存儲控制接口）集成在單一芯片上，它通常是客戶定制的，或是面向特定用途的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。嵌入式系統(tǒng)（Em

7、bedded system）：以應(yīng)用為中心、計算機(jī)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。操作系統(tǒng)（Operating System，簡稱OS）：管理計算機(jī)硬件和軟件資源的基礎(chǔ)軟件。操作系統(tǒng)需要處理內(nèi)存管理、配置系統(tǒng)資源、 控制輸入輸出設(shè)備、操作網(wǎng)絡(luò)與管理文件系統(tǒng)等基本事務(wù)。實時操作系統(tǒng)（Real Time Operating System，簡稱RTOS）：操作系統(tǒng)的一種，系統(tǒng)保證在一定時間限制內(nèi)完成。實時操作系統(tǒng)有硬實時和軟實時之分，硬實時要求在規(guī)定的時間內(nèi)必須完成操作；軟實時則只要按照任務(wù)的優(yōu)先級，盡可能快地完成操作即可。物聯(lián)網(wǎng)操

8、作系統(tǒng)（IoT OS）：目前對于IoT OS并無明確的統(tǒng)一定義，可以認(rèn)為其是在嵌入式基礎(chǔ)上，面向物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)和功能實現(xiàn)需 求（低功耗、通訊協(xié)議、二次開發(fā)、云端對接、高可靠等），使嵌入式系統(tǒng)具備網(wǎng)絡(luò)連接和通信能力的操作系統(tǒng)總稱。宏內(nèi)核（Monolithic kernel）：操作系統(tǒng)核心架構(gòu)的一種，特性是整個核心程序都是以核心空間（Kernel Space）的身份及監(jiān)管者 模式（Supervisor Mode）來運行。用戶服務(wù)和內(nèi)核服務(wù)運行在同一地址空間中。4專業(yè)術(shù)語解釋微內(nèi)核（Micro kernel）：僅提供操作系統(tǒng)的最核心功能，如進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程間通信、存儲管理等，而諸如文件管理、網(wǎng)絡(luò)支持等服

9、務(wù)以接口形式和微內(nèi)核通信。因此與宏內(nèi)核相比尺寸小、可擴(kuò)展性好。進(jìn)程間通信（Interprocess communication，IPC）：程序運行中，每個進(jìn)程各自有不同的用戶地址空間，任何一個進(jìn)程的全局變量在另一個進(jìn)程中都看不到，所以進(jìn)程之間要交換數(shù)據(jù)必須通過內(nèi)核，在內(nèi)核中開辟一塊緩沖區(qū)，進(jìn)程1把數(shù)據(jù)從用戶空間拷到內(nèi)核 緩沖區(qū)，進(jìn)程2再從內(nèi)核緩沖區(qū)把數(shù)據(jù)讀走，這一過程稱為進(jìn)程間通信。系統(tǒng)總線（System Bus）：系統(tǒng)總線是連接計算機(jī)系統(tǒng)的主要組件，包括數(shù)據(jù)總線（Data Bus）、地址總線（Address Bus）和控制總線（Control Bus）。隨機(jī)存取存儲器（Random Acce

10、ss Memory，RAM）：是與CPU等計算單元交換數(shù)據(jù)的內(nèi)部存儲器。作為操作系統(tǒng)或其他正在運行 中程序的臨時數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)。RAM具有數(shù)據(jù)易失性，在計算機(jī)系統(tǒng)中暫時存儲程序、數(shù)據(jù)和中間結(jié)果，斷電所存儲的數(shù)據(jù)將隨之丟 失。只讀存儲器（Read-Only Memory，ROM）：ROM存儲數(shù)據(jù)穩(wěn)定 ，斷電后所存數(shù)據(jù)也不會改變，并且結(jié)構(gòu)較簡單，常用于存儲各種固定程序和數(shù)據(jù)?？梢浦膊僮飨到y(tǒng)接口（Portable Operating System Interface，POSIX）：POSIX標(biāo)準(zhǔn)定義了操作系統(tǒng)應(yīng)該為應(yīng)用程序提供的接口標(biāo) 準(zhǔn)，是IEEE為要在各種UNIX操作系統(tǒng)上運行的軟件而定義的一系列

11、API標(biāo)準(zhǔn)的總稱。軟件開發(fā)工具包（Software Development Kit，SDK）：為特定的軟件包、軟件框架、硬件平臺、操作系統(tǒng)等建立應(yīng)用軟件時的開 發(fā)工具集合。5專業(yè)術(shù)語解釋應(yīng)用程序接口（Application Programming Interface，API）：一組定義、程序及協(xié)議的集合，通過 API接口實現(xiàn)計算機(jī)軟件之間的 相互通信。開發(fā)者無需理解軟件內(nèi)部工作的機(jī)制細(xì)節(jié)，也無需訪問源碼即可訪問程序?qū)崿F(xiàn)功能。API可降低系統(tǒng)各部分的相互依賴， 提高組成單元的內(nèi)聚性，降低耦合度。集成開發(fā)環(huán)境（Integrated Development Environment，IDE）：IDE為

12、程序開發(fā)提供開發(fā)環(huán)境，包括代碼編輯器、編譯器、調(diào)試器 和用戶圖形界面等工具，集成有代碼編寫功能、分析功能、編譯功能、調(diào)試功能等一體化開發(fā)套件。中間件（Middleware）：中間件是獨立的系統(tǒng)級軟件，連接操作系統(tǒng)層和應(yīng)用程序?qū)樱瑢⒉煌僮飨到y(tǒng)提供應(yīng)用的接口標(biāo)準(zhǔn)化，協(xié)議統(tǒng)一化。硬件抽象層（Hardware Abstraction Layer，HAL）：介于操作系統(tǒng)內(nèi)核與硬件電路之間的接口層，目的在于將硬件抽象化。在隱藏 了特定平臺的硬件接口細(xì)節(jié)后，為操作系統(tǒng)提供虛擬硬件平臺，使其與硬件無關(guān)，實現(xiàn)多硬件平臺移植的目的。圖形用戶界面（Graphical User Interface，GUI）：以圖形

13、化形式提供用戶與計算機(jī)之間的交互，由相應(yīng)硬件平臺和操作系統(tǒng)來支持顯示。谷歌移動服務(wù)（GoogleMobile Service，GMS）：GMS是Google開發(fā)并推動Android的動力，為谷歌play所應(yīng)用的底層框架，閉源 運行。GMS提供包括GooglePlay、Search、Gmail、Talk、Maps、Street View、YouTube、Android Market等服務(wù)。海外Android 平臺嚴(yán)重依賴GMS。安卓開放源代碼項目（Android Open-Source Project，AOSP）：安卓項目的開放源代碼部分，對應(yīng)于GMS。6目錄CONTENTS萬物互聯(lián)時代的戰(zhàn)略制

14、高點物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的時代背景與使命挑戰(zhàn)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的市場空間操作系統(tǒng)歷史經(jīng)驗回顧物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)代表類型及案例嵌入式操作系統(tǒng)通用OS裁剪后的操作系統(tǒng)輕量級物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)下一代操作系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)發(fā)展展望The commanding heights of IoT一、萬物互聯(lián)時代的戰(zhàn)略制高點8信息化發(fā)展已從計算機(jī)時代、互聯(lián)網(wǎng)時代發(fā)展到物聯(lián)網(wǎng)時代，聯(lián)網(wǎng)要求由“人人相連” 變?yōu)椤叭宋锝换ァ?，物?lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)處于快速成長期920世紀(jì)60年代，美國四所大學(xué)的超級計算機(jī)開始采用TCP/IP協(xié)議聯(lián)機(jī)，正式拉開了互聯(lián)網(wǎng)時代的序幕。經(jīng)過60余年的發(fā)展，設(shè)備網(wǎng)絡(luò)互連已 從大型計算機(jī)時代發(fā)展到個人計算機(jī)時代，我們現(xiàn)在正處

15、于移動計算時代和萬物互聯(lián)時代的過渡階段，軟件及硬件設(shè)備發(fā)生了翻天覆地的變化， 聯(lián)網(wǎng)的要求由之前的“人與人”相連轉(zhuǎn)變?yōu)椤叭伺c人”及“人與物”相連。近十年來，全球PC和智能手機(jī)的出貨量為百萬級別，而物聯(lián)網(wǎng)的 設(shè)備連接量達(dá)到了百億級別，物聯(lián)網(wǎng)因其應(yīng)用廣泛性、用戶友好性、生態(tài)完整性而具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。機(jī)器聯(lián)網(wǎng)人人相連人物交互代表公司設(shè)備連接量大型計算機(jī)時代時代有線互聯(lián)，算力強(qiáng)大特點用于科研、企事業(yè)單位個人計算機(jī)時代 有線/無線互聯(lián) 互聯(lián)網(wǎng)開始普及移動計算機(jī)時代 無線互聯(lián)，實時連接 終端設(shè)備平民化邊緣計算機(jī)時代 萬物互聯(lián)，AI賦能 全場景式智能應(yīng)用IBM Apple 聯(lián)想惠普 戴爾 宏碁2010年全球

16、出貨量峰值3.5億臺華為 AppleSamsung 小米2016年全球出貨量峰值14.7億臺華為 阿里巴巴 小米Microsoft Apple Amazon2019年全球設(shè)備連接量120億臺IBM雷明頓-蘭德數(shù)量級別為千萬臺數(shù)據(jù)來源：IDC通訊技術(shù)實現(xiàn)了由1G向5G的跨越物聯(lián)網(wǎng)的海量終端上，硬件成本問題永遠(yuǎn)是重大考驗之一。微控制器（MCU）、MEMS傳感器和無線通訊模組成本的逐年下降從成本端推動 行業(yè)發(fā)展。MCU在性能提升和價格下降的道路上不斷前進(jìn)，寄存器位數(shù)從4位、8位、16位到今天主流的32位MCU，主頻則從8MHz、 16MHz發(fā)展到現(xiàn)在的幾百MHz。據(jù)IC Insights預(yù)計，MCU

17、的平均單價在未來3年內(nèi)會逐漸下降。價格不斷下降的高性能MCU將為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用 提供更多可能。傳感器和無線通訊模組行業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)出相似的趨勢。NB-IoT模組及Wi-Fi模組的價格在近年發(fā)生劇烈下降，分別自5年前的幾十元下降到近期的10-20元附近，成為中遠(yuǎn)距離和近距離場景的最經(jīng)濟(jì)選擇。全球傳感器平均單價持續(xù)走低，自2010年以來下降幅度超過100%。硬件更迭和價格下降推動終端生態(tài)的普及，進(jìn)一步推動物聯(lián)網(wǎng) 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展100.710.650.580.56100000.590.570.53 0.5500.50200000.60400000.70銷售額（百萬美元）單價ASP（美元）出貨量（百萬件）來源：

18、IC Insights733625 19.3171514131000700525420120010008006004002000NB-IoT模組4G模塊Wi-Fi模組5G CPE模組來源：小米、上市公司招股書、公開資料MCU的平均單價逐年遞減2010-2018年傳感器價格逐年下降：物聯(lián)網(wǎng)通訊模組價格預(yù)期變化500000.755781014151720240.630.70.640.60.450.40.380.320.3051015300000.652025302010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018銷售量（10億）平均單價（美元）來源：中國信通院（

19、CAICT）、IC Insight、公開資料從1982年的第一臺聯(lián)網(wǎng)設(shè)備開始，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)走過了近40年。在2010年左右，愛立信、IBM、思科、Gartner對物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展相當(dāng)樂觀， 普遍預(yù)測至2020年全球?qū)⒂?00億臺聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。但時間真的來到2020年，我們發(fā)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量這一最關(guān)鍵指標(biāo)的達(dá)成率低于預(yù)期， Gartner給出的2020年預(yù)計120億連接數(shù)量，遠(yuǎn)低于10年前的預(yù)期水平。我們發(fā)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展不及預(yù)期重要原因之一是上層軟件應(yīng)用開發(fā)和底層硬件緊密耦合，很難由第三方開發(fā)者為硬件開發(fā)應(yīng)用。這導(dǎo)致物聯(lián)網(wǎng) 軟件應(yīng)用迭代慢、成本高，生態(tài)閉塞。物聯(lián)網(wǎng)十年發(fā)展不及預(yù)期，軟硬件緊密耦合帶來生態(tài)壁

20、壘，物聯(lián)網(wǎng) 操作系統(tǒng)是破局關(guān)鍵11數(shù)據(jù)來源：預(yù)測數(shù)據(jù)來自Gartner、IBM、思科等預(yù)期綜合；實際數(shù)據(jù)來自Gartner2019。14422934840649111001002003004002014-2020年物聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備的預(yù)期和實際差距600501500201420162010年前后的預(yù)測水平（億臺）20182020實際發(fā)展水平（億臺）實際CAGR在20%左右預(yù)期CAGR在35%左右物聯(lián)網(wǎng)終端 發(fā)展的10年 預(yù)期相差5倍終端數(shù)量多系統(tǒng)不適配研發(fā)周期長研發(fā)成本高操作系統(tǒng)是制約物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要因素物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接量已達(dá)百億級別軟硬件耦合嚴(yán)重 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)滯后操作系統(tǒng)的研發(fā)周期為4-5年單個SKU

21、的軟件開發(fā)、 系統(tǒng)集成研發(fā)成本30萬美金產(chǎn)品間無法聯(lián)動智能操控使用感差物聯(lián)網(wǎng)巨頭形成壟 斷，市場競爭不足品牌林立 互不兼容物聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備數(shù)量呈現(xiàn)指數(shù)型上漲，物聯(lián)網(wǎng)終端軟件復(fù)雜度的提升勢在必行。物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺也需要具備一套對軟件開發(fā)者更友好 的、相對統(tǒng)一的操作系統(tǒng)，使軟件開發(fā)過程從硬件開發(fā)中解耦出來。只需要基于操作系統(tǒng)，即可快速開發(fā)上層應(yīng)用。區(qū)別于傳統(tǒng)操作系統(tǒng)，物聯(lián)網(wǎng)在操作系統(tǒng)領(lǐng)域需要易拓展、跨平臺、 低成本、強(qiáng)安全、穩(wěn)連接的新要求12多終端應(yīng)具備彈性部署的能力，可應(yīng)用于不同的終端設(shè)備低成本應(yīng)具備在微小設(shè)備運行的能力，資源耗用小，功耗小，降低硬件成本強(qiáng)安全在零碎終端上，同樣擁有足夠強(qiáng)的安全機(jī)制

22、，保障用戶設(shè)備和數(shù)據(jù)的安全云端能力在底層架構(gòu)設(shè)計上應(yīng)該具有豐富的云端接入功能，并且保持穩(wěn)定連接操作系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展對操作系統(tǒng)提出的新需求跨平臺應(yīng)具備消弭硬件平臺差異，使軟硬件開發(fā)解耦的能力物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)如果按照功能進(jìn)行分層，可以劃分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層和應(yīng)用層。感知層相當(dāng)于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的五官和四肢，負(fù)責(zé)前端數(shù)據(jù) 的收集；網(wǎng)絡(luò)層相當(dāng)于神經(jīng)纖維，用于高速傳遞數(shù)據(jù)和信息；平臺層相當(dāng)于小腦和大腦，連接管理平臺確保物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)自主運行，而操作系 統(tǒng)則確保智能應(yīng)用有運行的基底。廣義的操作系統(tǒng)是云端PaaS平臺和端側(cè)系統(tǒng)的統(tǒng)一和融合。從市場分額占比來看，平臺層占有物聯(lián)網(wǎng)大約 20%市場。綜合技術(shù)因素和市場規(guī)

23、模，操作系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要一環(huán)。13感知層網(wǎng)絡(luò)層接入網(wǎng)、核心網(wǎng)、業(yè)務(wù)網(wǎng)平臺層應(yīng)用層芯片傳感器通信模組嵌入式SoC通信芯片物理傳感器RFID攝像頭 生物傳感器WIFI藍(lán)牙ZigBeeLoRa蜂窩網(wǎng)絡(luò)（34G、NB-IoT）蜂窩網(wǎng)絡(luò)非蜂窩網(wǎng)絡(luò)ZigBee、LoRa、藍(lán)牙連接管理平臺設(shè)備管理平臺應(yīng)用開發(fā)平臺操作系統(tǒng)及軟件開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)智能終端可穿戴設(shè)備、智能家居、智能汽車物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成智慧樓宇、智慧城市、智能制造物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)按功能進(jìn)行分層廣義 操作系統(tǒng)上承應(yīng)用落地系統(tǒng)集成商SI應(yīng)用開發(fā)商ISV大量協(xié)議的封裝和集成 簡化了程序開發(fā)API及數(shù)據(jù)服務(wù)賦能集 成商的應(yīng)用落地物聯(lián)網(wǎng)PaaS平臺端側(cè)操作系統(tǒng)對不同

24、類型處理器和模組的支持適配 下接海量終端海量 終端設(shè)備豐富應(yīng)用形態(tài)廣義操作系統(tǒng)起到承上啟下的作用廣義物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)上承落地應(yīng)用，下接海量終端傳感器 控制器 智能家居 消費電子操作系統(tǒng)是硬件資源和軟件應(yīng)用之間的橋梁，對于復(fù)雜的底層硬件資源而言，軟件開發(fā)者必須通過操作系統(tǒng)的指令和接口進(jìn)行調(diào)用。 通過操作系統(tǒng)可實現(xiàn)以下幾方面的功能。盡量有效、合理地組織和管理計算機(jī)的各種軟硬件資源；合理地組織計算機(jī)的工作進(jìn)程，控制程序的執(zhí)行并在程序執(zhí)行的過程中向程序提供各種各樣的服務(wù)功能；用各種各樣的方式使得用戶能夠非常靈活、方便地使用計算機(jī)，采用各種各樣的技術(shù)使整個計算機(jī)系統(tǒng)能夠高效率地運行。狹義操作系統(tǒng)協(xié)同軟硬件

25、資源，提高終端效率14操作系統(tǒng)是軟硬件資源的分配者操作系統(tǒng)層硬件資源：CPU、內(nèi)存、I/O設(shè)備軟件資源：應(yīng)用軟件、磁盤中的信息物理機(jī)層虛擬機(jī)層配置在計算硬件上的第一層軟件， 對硬件系統(tǒng)的第一次擴(kuò)充為軟件進(jìn)程分配計算資源，決定了軟件及應(yīng)用存在的形態(tài)設(shè)備 管理作業(yè)管理文件 管理存儲管理操作系統(tǒng)的五大管理功能對硬件設(shè)備的管理，包括 輸入輸出設(shè)備的分配、啟動、完成和回收對處理器進(jìn)程的管 進(jìn)程 理，將計算資源合 管理 理地分配給每個任務(wù)文件的邏輯組織和 物理組織、目錄結(jié) 構(gòu)和管理負(fù)責(zé)人機(jī)交互、 圖形界面、語 音控制對存儲空間內(nèi)數(shù)據(jù) 的結(jié)構(gòu)和組織方式 進(jìn)行管理碎片化是物聯(lián)網(wǎng)終端發(fā)展的最重要特征之一。從本質(zhì)

26、上來講，有多少種終端設(shè)備就應(yīng)該有多少種上層應(yīng)用。萬物互聯(lián)時代不僅僅是物與物之 間的實時通訊，也包含了相當(dāng)部分的人與物無縫互動。云側(cè)和端側(cè)的功能需要去同時實現(xiàn)物與物實時通訊及人與物的無縫互動。我們判斷， 在智慧城市、工業(yè)應(yīng)用等場景中，云端平臺的賦能將發(fā)揮更大的作用，而在室內(nèi)智能和消費電子場景，人與物的無縫互動是未來重點關(guān)注的 方向。操作系統(tǒng)在人與物的無縫互動中將發(fā)揮最重要的作用，發(fā)展?jié)摿褪袌鲂枨缶薮?。本報告核心關(guān)注于端側(cè)操作系統(tǒng)的現(xiàn)狀、發(fā)展和未 來。終端應(yīng)用碎片化，物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)市場需求大15智慧公交產(chǎn)業(yè)應(yīng)用人與物的無縫互動室內(nèi)智能消費電子可穿戴設(shè)備車聯(lián)網(wǎng)及出行車聯(lián)網(wǎng)向右越來越依靠終端操作系統(tǒng)

27、賦予的交互和功能向左越來越依靠云端平臺賦予的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)管理及數(shù)據(jù)分析自動化能力實體或虛擬的個人助手自動駕駛及車載系統(tǒng)智能制造智慧能源智慧農(nóng)業(yè)智慧物流智能家居物與物的實時通訊智慧城市智慧停車無感收費智能電表公共事業(yè)智能燃?xì)庵悄苈窡糁腔蹣怯钪腔哿闶?6代表公司亞馬遜蘋果微軟華為阿里巴巴云依托AWS的云服務(wù)：AWS IoT集成人工智能和大數(shù) 據(jù)分析能力針對硬件產(chǎn)品及場景的開 放平臺：Homekit 、HealthKit 、SiriKit等助力開發(fā)者應(yīng)用開發(fā)Azure 物聯(lián)網(wǎng)中心：受信任的平臺模塊 (TPM) 、 Azure IoT Hub 、 Azure Stream Anzlytics、Azure

28、Storage 、 Azure DocumentDB等華為云，物聯(lián)網(wǎng)云平臺：OceanConnect阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺： 開發(fā)者服務(wù)工具IoT Studio物聯(lián)網(wǎng)市場Link Market垂直行業(yè)平臺： 飛鳳、飛燕端終端AI芯片：AWS Inferentia提升AI語音助手效率； 操作系統(tǒng)：Free RTOS芯片：針對硬件產(chǎn)品線推出 A/T/H/S系列芯片 操作系統(tǒng)：與設(shè)備適配的iOS傳感器技術(shù)：NFC、 3D傳感器、生物信息傳感器IoT芯片：Azure Sphere系列認(rèn)證芯片 操作系統(tǒng)：Windows 10 IoT（包含核心板、企業(yè)版）IoT 芯 片 ： NB-IoT商用芯片 IoT通信模組

29、：eLTE-IoT模組 操作系統(tǒng)：LiteOS、鴻蒙OS通信芯片：LoRa芯片AI芯片：平頭哥RISC-V架構(gòu) 操作系統(tǒng)：AliOS Things我們觀察到，近年來世界范圍內(nèi)的科技巨頭都開始在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域進(jìn)行重點布局，雖然各家打法各有差異，但總結(jié)來看巨頭布局互聯(lián)網(wǎng)主 要關(guān)注“云+端”模式，努力構(gòu)建生態(tài)和競爭優(yōu)勢。在云側(cè)，以云平臺為支撐的中間件服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)和信息服務(wù)，以及在端側(cè)，以底 層軟硬件設(shè)備為基礎(chǔ)的配套組件，將會是巨頭控制物聯(lián)網(wǎng)海量終端、豐富應(yīng)用形態(tài)的兩個最好切入點。國際范圍內(nèi)領(lǐng)先的科技企業(yè)在物聯(lián)網(wǎng)方向的布局來源：，2020巨頭企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)布局研究全球科技巨頭正在以“云+端”模式布局物聯(lián)

30、網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)是科技巨頭的重要著力點，也是取得物聯(lián)網(wǎng)時代戰(zhàn)略制高點的關(guān)鍵之一17物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)從服務(wù)連接，到服務(wù)應(yīng)用，最終目的應(yīng)該是服務(wù)于智能物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)尚處于發(fā)展早期階段，呈現(xiàn)出碎片化狀態(tài)。目前市場中存在著不同來源的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)：有從原有嵌入式操作系統(tǒng)改 進(jìn)而來的，也有從通用系統(tǒng)裁剪而來的，還有面向物聯(lián)網(wǎng)需要完全從零發(fā)展而來的。不同行業(yè)背景的廠商（操作系統(tǒng)大廠、硬件廠商、 云計算服務(wù)廠商等）從自身業(yè)務(wù)需求出發(fā)進(jìn)行探索。我們判斷盡管目前物聯(lián)網(wǎng)市場中操作系統(tǒng)的市場占有率較為分散，但未來有可能出 現(xiàn)幾個壟斷具體業(yè)務(wù)場景或生態(tài)的主導(dǎo)型物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)。主流的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)發(fā)展歷史20032006

31、2014201520162017201820192020AWS：睿賽德科技：Arm：谷歌：谷歌：Apache基金會：Arm：Mbed Linux OS華為：微軟：Adam Dunkels翼輝信息：微軟：華為：Linux基金會：谷歌：(個人）:Contiki慶科：MiCO OS騰訊：阿里巴巴：Wind River:亞馬遜：來源：整理Operating system historical experience review二、操作系統(tǒng)歷史經(jīng)驗回顧18操作系統(tǒng)的出現(xiàn)和迭代是時代需求和技術(shù)制約下的平衡19操作系統(tǒng)管理硬件資源，控制程序運行，改善人機(jī)界面，和為應(yīng)用程序提供支持的系統(tǒng)軟件。是為滿足用戶使用

32、計算機(jī)過程中提高資源利用 效率、增強(qiáng)計算機(jī)系統(tǒng)性能的產(chǎn)物。在不同時代的需求和技術(shù)發(fā)展與制約下，操作系統(tǒng)呈現(xiàn)出不同形態(tài)，可以確認(rèn)的是，其會一直發(fā)在時代 需求和技術(shù)制約間尋找平衡。操作系統(tǒng)從簡單到復(fù)雜，出現(xiàn)面向特定場景的復(fù)雜系統(tǒng)穿孔卡片-手工操作手工操作的慢速度和計算機(jī)的 高速度之間形成了尖銳矛盾， 計算資源的利用率太低批處理系統(tǒng)減少了作業(yè)建立時間和手工操作時間；新的問題：單次只能處理 一個任務(wù)；多道程序系統(tǒng)同時把多個程序放入內(nèi)存，并允許它們交替在CPU中運行， 解決了單次處理多任務(wù)的問題分時操作系統(tǒng)處理機(jī)的運行時間分成很短的時間片， 按時間片輪流把處理機(jī)分配給各聯(lián)機(jī) 作業(yè)使用，允許多個用戶同時聯(lián)

33、機(jī)使 用計算資源實時操作系統(tǒng)為滿足實時控制與實時信息處理， 系統(tǒng)能夠及時響應(yīng)隨機(jī)發(fā)生的外部 事件，并在嚴(yán)格的時間范圍內(nèi)完成 對該事件的處理通用操作系統(tǒng)具有多種類型操作特征的操作系統(tǒng)?？?以同時兼有多道批處理、分時、實時處 理的功能，或其中兩種以上的功能個人計算機(jī)操作系統(tǒng)可聯(lián)機(jī)交互的單用戶操作系統(tǒng)，提供用戶接口和豐 富的文件系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)在原來各自計算機(jī)操作系統(tǒng)上，按照網(wǎng)絡(luò)體系 結(jié)構(gòu)的各個協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)增加網(wǎng)絡(luò)管理模塊，其中 包括：通信、資源共享、系統(tǒng)安全和各種網(wǎng)絡(luò) 應(yīng)用服務(wù)分布式操作系統(tǒng)管理分布式系統(tǒng)中的所有資源，它負(fù)責(zé)全 系統(tǒng)的資源分配和調(diào)度、任務(wù)劃分、信息 傳輸和控制協(xié)調(diào)工作，并為用戶提供一個

34、 統(tǒng)一的界面來源：整理操作系統(tǒng)不僅帶來技術(shù)上的進(jìn)步，同時也帶動商業(yè)模式的創(chuàng)新20操作系統(tǒng)發(fā)展帶來的技術(shù)上進(jìn)步復(fù)用代碼，減少軟件開發(fā)者的重復(fù)勞動；功能模塊化，便于專業(yè)分工，利于協(xié)同開發(fā)；屏蔽掉無關(guān)細(xì)節(jié)，降低軟件開發(fā)難度；標(biāo)準(zhǔn)化接口，高內(nèi)聚，低耦合。 操作系統(tǒng)發(fā)展帶來的商業(yè)模式上的創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)上下游之間進(jìn)行業(yè)務(wù)區(qū)分，便于業(yè)務(wù)分離和專業(yè)化；不斷激發(fā)產(chǎn)品形態(tài)和業(yè)務(wù)模式的創(chuàng)新；成功的操作系統(tǒng)一直在幫助偉大企業(yè)構(gòu)建競爭壁壘。操作系統(tǒng)OS自誕生之初，就是硬件設(shè)備向更復(fù)雜階段發(fā)展必然產(chǎn)物。早期硬件資源少，產(chǎn)品功能簡單，一體裸機(jī)也可以實現(xiàn)用戶需求。而 隨著硬件復(fù)雜度的提升，和對硬件資源利用效率的提升，操作系統(tǒng)逐漸成

35、為硬件和使用者之間的必需品。實時操作系統(tǒng)RTOS的出現(xiàn)是為了 更容易實現(xiàn)實時多任務(wù)編程，標(biāo)準(zhǔn)化通用操作系統(tǒng)的出現(xiàn)則是為了多用戶動態(tài)裝載應(yīng)用。歷史經(jīng)驗告訴我們，操作系統(tǒng)不僅僅帶來技術(shù)上的 進(jìn)步，同時也是產(chǎn)業(yè)分工和商業(yè)模式的演化，不單單是技術(shù)問題。操作系統(tǒng)的發(fā)展史上出現(xiàn)過不少成功案例，也出現(xiàn)過更多失敗的案例，即使是行業(yè)巨頭也難免曾經(jīng)折戟。我們相信未來成功案例和失敗案例集 上的名單會不斷增加。歷史上以失敗告終的操作系統(tǒng)案例1964年由貝爾實驗室、麻省理工大學(xué)和通用電氣共同研發(fā)的大型主 機(jī)操作系統(tǒng)Multics，受限于當(dāng)時的技術(shù)條件，研發(fā)設(shè)計目標(biāo)難度太 大，項目進(jìn)展緩慢，于1969年被撤項；1991年

36、，IBM投入20億美元打造WorkSpace操作系統(tǒng)，由于目標(biāo)設(shè) 置過于宏大復(fù)雜，在歷時4年開發(fā)后以失敗告終；1994年，蘋果為追趕微軟windows操作系統(tǒng)而設(shè)立的代號為Copland的項目，最終因為該PC系統(tǒng)無法穩(wěn)定運行而以失敗告終；2007年，微軟推出的Windows Vista版因為無法對當(dāng)時的硬件發(fā)展 水平有很好的兼容而遇冷。2015年，微軟持續(xù)經(jīng)營10余年的移動端操作系統(tǒng)Windows Phone在 與安卓的競爭中宣告失敗。操作系統(tǒng)發(fā)展帶來技術(shù)和商業(yè)模式上的進(jìn)步PC桌面時代的壟斷者：Wintel聯(lián)盟Windows操作系統(tǒng)與Intel CPU組成的個人計算機(jī)架構(gòu)，稱霸了桌面端20余年

37、。英特爾沿著摩爾定律不斷發(fā)展以提升硬件水平，微軟 Windows系統(tǒng)升級將升級的硬件水平消耗掉，這又被總結(jié)為安迪-比爾定律。軟件和硬件之間的協(xié)同進(jìn)步關(guān)系使得Wintel雙方在各自領(lǐng)域 都獲得了競爭優(yōu)勢，如下圖所示，微軟在軟件市場中形成對應(yīng)用軟件開發(fā)商的絕對優(yōu)勢，Intel則成為整個半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中技術(shù)實力最強(qiáng)的 企業(yè)。Wintel聯(lián)盟為個人電腦的推廣和使用做出了重大貢獻(xiàn)，但也存在不同程度的排他性。21PC整機(jī)ODM廠商：Dell、聯(lián)想、HP、宏碁、華碩等通用型工具方面擊敗一 系列競爭對手瀏覽器：擊敗網(wǎng)景公司 多媒體工具：擊敗 RealNetworks公司辦公套件：擊敗Lotus Software辦

38、公通訊：Teams正在狙擊Slack捆綁銷售Windows(90%以上份額)+Intel（85%以上份額）PC時代Wintel聯(lián)盟生態(tài)體系專業(yè)級應(yīng)用軟件及游戲：AdobeSAPOracleSAS出于市場占有率考慮， 優(yōu)先基于Windows平臺 開發(fā),形成龐大軟件生態(tài)推出不同層次的競品： Dynamic、SQL Server、 Skype等摩爾定律的掌控者X86架構(gòu)在計算芯片領(lǐng)域的長期領(lǐng)先芯片設(shè)計晶圓制造IC制造切割、封裝測試Intel包攬了芯片生產(chǎn)的全流程，和無晶圓廠模式相比 話語權(quán)更高，企業(yè)規(guī)模更大巨大的底層軟件研發(fā)投入底層軟硬件性能的優(yōu)化，尤其是針對大型計 算需求和游戲性需求的優(yōu)化適配各自

39、領(lǐng)域的單一壟斷廠商構(gòu)成安迪-比爾定律牢牢把握住對產(chǎn)業(yè)鏈下游生產(chǎn)商的控制權(quán)來源：整理破除商業(yè)公司對操作系統(tǒng)的壟斷：Linux的開源發(fā)展模式Linux操作系統(tǒng)起源于1991年，從創(chuàng)始之初就采用內(nèi)核開源的模式吸引個人和開發(fā)團(tuán)體參與到開源社區(qū)的代碼貢獻(xiàn)中。到目前為止，Linux已 經(jīng)形成成熟的開源社區(qū)，匯聚了一大批開發(fā)者，核心代碼量達(dá)到2500萬行以上，社區(qū)版本和商業(yè)發(fā)行版本廣泛應(yīng)用于服務(wù)器、嵌入式和開發(fā) 者的桌面端。Linux模式很好地印證了以開源基金會、開源社區(qū)和開源貢獻(xiàn)方為主要參與方的模式也可以為全社會貢獻(xiàn)高性能的底層軟件。22GNU是“GNUs Not Unix”的縮寫，為Linux發(fā)行版本開

40、發(fā)提供了大量 的自由軟件。 所以Linux 內(nèi)核+GNU 項目構(gòu)成了完整的GNU/Linux 發(fā) 行版 。Linux發(fā)行版本通過通用公共許可證 (GPL) 發(fā)布。軟件在GPL協(xié)議下，自由軟件都遵循非版權(quán)原則，允許用戶自由拷貝、修改和銷售，但源 代碼的修改必須向所有用戶公開。開源軟件的組織模式GNU+Linux內(nèi)核構(gòu)成Linux發(fā)行版來源：東方證券來源：中國信通院開源貢獻(xiàn)方（企業(yè)/組織）開源基金會資金支持 影響決策開源社區(qū) 開源軟件開發(fā)開發(fā)者管理資源分配、 規(guī)則制定、商 務(wù)合作等管理資金雇傭員工參與 開源社區(qū)開 源 主 體軟件 使用者提供 開源 軟件提 供 開 源 軟 件開源項目托管網(wǎng)站（例如G

41、ithub）基礎(chǔ)設(shè)施Linux的開放性使其在開發(fā)者場景（服務(wù)器+嵌入式）廣泛應(yīng)用Linux主要由內(nèi)核、shell、文件系統(tǒng)和應(yīng)用程序四部分組成。內(nèi)核、shell和文件系統(tǒng)一起形成了基本的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，它們使得用戶可以運 行程序、管理文件并使用系統(tǒng)。正是受益于Linux內(nèi)核的開放性和自定義程度高，相比 Windows 等閉源系統(tǒng)，開發(fā)者使用計算機(jī)資源時具有 更高自由度，因此在服務(wù)器及嵌入式等開發(fā)者使用居多的場景下?lián)碛泻芨叩氖袌稣加新?。而根?jù)IDC于2017年公布的數(shù)據(jù)，全球服務(wù)器操作 系統(tǒng)（免費+付費）中有約68%采用的是Linux服務(wù)器操作系統(tǒng)。而根據(jù)2016年的市場調(diào)研結(jié)果，嵌入式Linux

42、和基于Linux的Android占有嵌 入式系統(tǒng)市場的74%。23Linux的內(nèi)核、shell和文件系統(tǒng) Linux 內(nèi)核最基本功能，它負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)的進(jìn)程、 內(nèi)存、設(shè)備驅(qū)動程序、文件和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)， 決定著系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性Linux Shell系統(tǒng)的用戶界面，提供了用戶與內(nèi)核進(jìn)行 交互操作的一種接口。它接收用戶輸入的 命令并把它送入內(nèi)核去執(zhí)行l(wèi)inux 文件系統(tǒng)文件存放在磁盤等存儲設(shè)備上的組織方法55.00%19.00%9.00%4.00% 3.00% 1.00%8.00%1.00%嵌入式Linux Androidc/os- Windows CEVxworks Symbian Ios其他嵌入式場

43、景(含手機(jī))服務(wù)器場景68.00%31.70%0.30%LinuxWindowsUnix來源：IDC,2017Linux的服務(wù)器及嵌入式市場占有率來源：21ic,2016Windows Phone：發(fā)展延續(xù)長達(dá)20年的移動端設(shè)備操作系統(tǒng) 終失敗Windows Phone的歷史最早可追溯到1996年研發(fā)的PDA系統(tǒng)WinCE，桌面操作系統(tǒng)贏家微軟早已開始布局移動端能夠隨身攜帶的袖珍型 個人計算機(jī)。經(jīng)過10余年的發(fā)展，由微軟開發(fā)的移動端操作系統(tǒng)Windows Mobile 6還是取得了不錯的成績，在2007年的手機(jī)市場中占有30% 份額，主要和Palm、黑莓、Symbian這三者展開競爭。在iOS

44、和Android出現(xiàn)之前， Windows Phone是市場中最早支持觸屏的系統(tǒng)。而當(dāng)iOS 和Android開始迅速取代傳統(tǒng)手機(jī)的市場時，微軟卻開始逐漸敗退。24SymbianWindows MobileAndroidios2008-2011年間，移動端OS的交替階段，Windows Mobile明顯落后于Android和iOS2008Q4季度-2011Q3季度智能手機(jī)操作系統(tǒng)市場份額相比于Android，Windows Phone犯的錯誤60.00%50.00%40.00%30.00%20.00%10.00%0.00%Windows PhoneAndroid對硬件 廠商每臺手機(jī)向制造商收取

45、10- 20 美 元 的 Windows Phone系統(tǒng)授權(quán)費用手機(jī)制造商無法開發(fā)低價機(jī)所有機(jī)型的UI相同，OEM 思維嚴(yán)重系統(tǒng)向向手機(jī)制造商免費 授權(quán)，內(nèi)核代碼開源手機(jī)制造商據(jù)此可以采取 差異化、低價化硬件廠商可定制自有的上層系統(tǒng)和UI對軟件 開發(fā)者新版本推出速度慢出現(xiàn)過重大內(nèi)核和開發(fā)框 架更替，開發(fā)者技能斷層新版本推出迭代快速未出現(xiàn)過開發(fā)者技能斷層最終對 消費者軟硬件水平相對于價格不存在競爭力在中低端機(jī)型上占據(jù)競爭力數(shù)據(jù)來源：歷年調(diào)研數(shù)據(jù)來源：整理基于Linux內(nèi)核，Android+ARM模式在移動端取得成功25ARM精簡指令集架構(gòu)RISC提供IP授權(quán)IP芯片設(shè)計廠商：高通、蘋果、 三星、

46、華為海思、聯(lián)發(fā)科等交授權(quán)費license fee搭載于移動等低功耗場景按終端售賣芯片 數(shù)量交版稅1、僅購買ARM的架構(gòu)/指令集2、購買更深入的處理器優(yōu)化包芯片設(shè)計廠自有或代工：下游芯片生產(chǎn)、封裝、測試環(huán)節(jié)盡管Linux系統(tǒng)在桌面端遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于Windows，但其開源模式卻為其他系統(tǒng)生態(tài)提供機(jī)會。以Linux為內(nèi)核的安卓系統(tǒng)在移動端大放異彩。由 ARM公司主導(dǎo)的硬件開放和由谷歌公司主導(dǎo)的軟件開源模式是移動時代Android+ARM聯(lián)盟建立的成因。相比于聯(lián)系緊密的Wintel聯(lián)盟， Android+ARM的結(jié)構(gòu)要松散的多。Android由開源項目AOSP（Android Open-Source Pr

47、oject）和谷歌提供的GMS（Google Mobile Service） 服務(wù)組成。ARM作為芯片IP授權(quán)方，帶動了中下游fabless和foundary廠商的繁榮。移動時代Android+ARM聯(lián)盟以更開放的形式拓展市場Android+AOSPAndroid開源項目手機(jī)廠商可免 費使用AOSP和 基于此定制操 作系統(tǒng)版本GMS谷歌移動服務(wù)GMS服務(wù)需由谷歌授權(quán)提供： 1、GMS Core框架；2、服務(wù)API接口；3、Google Play、Gmail、 Google Earth等軟件?；贏pache 開源協(xié)議貢獻(xiàn) 代碼移動設(shè)備制造廠商移動設(shè)備廠商的地位提升，存在差異化空間來源：整理移動

48、端操作系統(tǒng)經(jīng)歷過相當(dāng)長一段時間的爭奪，谷歌Android、蘋果iOS和微軟WinPhone都曾是有力競爭對手。我們認(rèn)為相比于WinPhone和 iOS的封閉性，正是Android系統(tǒng)將核心的軟件本體以開源形式提供給手機(jī)廠商使用才得到眾多廠商的支持，廠家可以在開源系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn) 行自由開發(fā)，從而構(gòu)建起與其他廠商的差異性。而GMS部分使得谷歌對開源部分具有控制權(quán)，強(qiáng)化其對軟件的監(jiān)管。AOSP+GMS的開放與 控制互補(bǔ)是谷歌Android能占據(jù)移動端80%以上設(shè)備的根本原因。AOSP+GMS：谷歌拿下手機(jī)端海量市場的重要組合26 AOSP及Android開放手機(jī)聯(lián)盟（Open Handset All

49、iance） GMS作為谷歌控制整個生態(tài)圈的鑰匙企業(yè)分類企業(yè)名單（部分）通信運營商中國電信、中國移動、中國聯(lián)通、KDDI、NTT DoCoMo、T- Mobile、Sprint Nextel半導(dǎo)體公司ARM、Broadcom、Intel、MediaTek、Marvell、NVIDIA、 Qualcomm、ST-Ericsson、Texas Instruments手機(jī)及其他終 端廠Acer、ASUS、Dell、FIH、Kyocera、LG、Motorola、 Samsung、Sharp軟件供應(yīng)商ACCESS、Google、MOTOYA、NXP Software、SkyPop、SVOX、Esmer

50、tec其他商業(yè)公司Accenture、Aplix、Teleca AB來源：網(wǎng)絡(luò)手機(jī)廠商軟件開發(fā)商終端消費者兼容性測試谷歌專項測試授權(quán)后方可搭載GMS供應(yīng)商測試提供軟件服務(wù)框架GMS Core調(diào)用谷歌原生應(yīng)用 提供的APIGoogle Play上架預(yù)裝谷歌全家桶搜索、地圖、郵箱、錢 包、云等基礎(chǔ)服務(wù)谷歌應(yīng)用市場推送服務(wù)GMS+GMS Core操作系統(tǒng)作為所有軟件應(yīng)用的根本，因其技術(shù)含量之高而成為ICT行業(yè)金字塔尖的存在。操作系統(tǒng)同時離不開硬件廠商和軟件開發(fā)者的支持，成功的操作系統(tǒng)一定具有豐富的軟件生態(tài)支撐。通過對前兩次重大操作系統(tǒng)更替的回顧，我們總結(jié)了以下要點：1、操作系統(tǒng)永遠(yuǎn)滿足的是時代的需求

51、，計算機(jī)系統(tǒng)曾經(jīng)發(fā)生過的更替還會繼續(xù)發(fā)生。在底層技術(shù)和市場需求發(fā)生變化時，總有廠商可以敏 銳地發(fā)現(xiàn)并把握住時代更替的機(jī)會，以新技術(shù)+新模式替換掉舊有系統(tǒng)。2、在相同類型終端上的追趕幾乎不可能實現(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計，Win10操作系統(tǒng)在2018年已經(jīng)具有3500萬應(yīng)用，超1.75億個軟件版本。支持1600萬 個硬件驅(qū)動組合，而截至2017年底， Google Play共有APP 350萬個， App Store共有APP 210萬個。追趕者很難通過對開發(fā)者的激勵來形 成一個新的軟件生態(tài)，這么做的收益和付出處于不對稱的狀態(tài)。3、從0到1是操作系統(tǒng)彎道超車的最好時機(jī)，舊有經(jīng)驗可能成為阻礙。微軟和谷歌在推出移動

52、端操作系統(tǒng)的時間節(jié)點上相差不多，在2011年 前兩者的市占率一直處于焦灼狀態(tài)，而最終Android憑借著更開放的軟硬件生態(tài)贏得了開發(fā)者的青睞，WinPhone系統(tǒng)消失在歷史中。4、更為開放的Android+ARM模式取代了封閉的Wintel模式，更多的企業(yè)可以從開放產(chǎn)業(yè)鏈中獲得利益，硬件設(shè)備和上層應(yīng)用也更為豐富。 在碎片化的物聯(lián)網(wǎng)終端上，我們認(rèn)為開放模式帶給整個產(chǎn)業(yè)鏈的機(jī)會和促進(jìn)會更大，尤其是在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)內(nèi)。當(dāng)然，在傳統(tǒng)PC時代和移動時代，較少出現(xiàn)應(yīng)用上的異構(gòu)計算和不同類型操作系統(tǒng)混合作業(yè)的形式，因此物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)發(fā)展會更加復(fù)雜。桌面和移動時代形成的操作系統(tǒng)聯(lián)盟啟示27三、物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)代表類型

53、及案例28Representative types and cases of IoT OS四大類物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，起源和發(fā)展方向各有不同29物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)尚處于發(fā)展早期階段。整個物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)市場呈現(xiàn)出碎片化狀態(tài)。目前市場中至少存在著四種發(fā)展來源的物聯(lián)網(wǎng)操作 系統(tǒng)：嵌入式實時系統(tǒng)及升級版、原有通用系統(tǒng)裁剪定制后適應(yīng)部分物聯(lián)網(wǎng)需求，近幾年來出現(xiàn)的專門為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計的輕量級IoT OS， 以及完全從新開發(fā)的新型操作系統(tǒng)。不同背景的廠商從自身需求和實際業(yè)務(wù)能力出發(fā)進(jìn)行探索。我們判斷盡管目前物聯(lián)網(wǎng)市場中操作系 統(tǒng)的市場占有率較為分散，但未來有可能出現(xiàn)幾個壟斷應(yīng)用場景的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)?；诂F(xiàn)有市場的四類物聯(lián)

54、網(wǎng)操作系統(tǒng)3、面向物聯(lián)網(wǎng)的輕量級IoT OS代表系統(tǒng)： RT-Thread、華為 LiteOS、ARM mbedOS、AliOS Things、 Azure RTOS、Amazon FreeRTOS等 優(yōu)點：專門為物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)設(shè)計，聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 完善，開發(fā)包齊全；缺點：仍未解決物聯(lián)網(wǎng)終端碎片化和割裂的問題。2、基于Linux、iOS、Windows等成熟操作 系統(tǒng)的裁剪代表系統(tǒng)：uclinux、win10 IOT、 WatchOS、Android Things等優(yōu)點：軟件開發(fā)工具完善，開發(fā)者基數(shù)大； 缺點：原版系統(tǒng)冗余嚴(yán)重、歷史遺留問題較 多，普遍不適應(yīng)低功耗場景、可擴(kuò)展性低， 需要定制化。4、下一

55、代操作系統(tǒng)代表系統(tǒng)：谷歌Fuchsia、華為鴻蒙OS優(yōu)點：是對嵌入式系統(tǒng)和個人設(shè)備操作 系統(tǒng)的革命性進(jìn)化，理念為統(tǒng)一型OS， 擴(kuò)展性及移植性好；缺點：開發(fā)面臨的不確定性高，缺少開發(fā)者基礎(chǔ)和生態(tài)支持。1、傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)+通信協(xié)議+其 他物聯(lián)網(wǎng)功能模塊代表系統(tǒng)：SylixOS、C/OS-、Vxworks等優(yōu)點：更偏向硬件層，硬件推廣成本低；缺點：軟件開發(fā)難度高，軟硬件 耦合較嚴(yán)重，生態(tài)封閉。來源：整理各類物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的應(yīng)用場景有所差異30物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)按照應(yīng)用場景來看，各類操作系統(tǒng)都有其對應(yīng)的重點應(yīng)用場景，而在部分場景中存在有多類操作系統(tǒng)可供選擇的情況?，F(xiàn)有四類物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的應(yīng)用場景（舉例）操

56、作系統(tǒng)名稱應(yīng)用場景傳統(tǒng)嵌入 式系統(tǒng)uClinux工業(yè)控制、無人機(jī)、因特網(wǎng)設(shè)備(路由器、交 換機(jī)、防火墻、負(fù)載均衡器等)、專用的控制 系統(tǒng)(自動售貨機(jī)）Vxworks通信、軍事、航空航天、工業(yè)制造機(jī)器人、醫(yī)療器械、及汽車電子SylixOS航空航天、電力電網(wǎng)、軌道交通、機(jī)器人、 新能源、醫(yī)療、工業(yè)自動化通用OS裁剪定制后Android things應(yīng)用于除手機(jī)（Android）、電視（Android TV）、車機(jī)（Android Auto） 和穿戴式設(shè)備（Android Wear）之外的物 聯(lián)網(wǎng)及嵌入式設(shè)備，適用于構(gòu)建智能家居Windows 10 IoT 核心板智能建筑、IoT 網(wǎng)關(guān)、HMI、智能

57、家居、可 穿戴設(shè)備Windows 10IoT 企業(yè)版工業(yè)平板電腦、零售服務(wù)點、ATM、醫(yī)療設(shè)備、制造設(shè)備、瘦客戶端操作系統(tǒng)名稱應(yīng)用場景輕量級物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)RT-Thread智能家電、網(wǎng)關(guān)、工業(yè)物聯(lián)終端Alios things智能生活電器、智能穿戴設(shè)備、工業(yè)數(shù) 據(jù)采集設(shè)備Huawei LiteOS智能家居、攝像頭、智能水表、智能停 車、智能照明Amazon FreeRTOS使用微控制器，RAM和ROM資源較少 的應(yīng)用場景，如工業(yè)場景下的傳感器、 制動器、泵和自動化組件統(tǒng)一操作系統(tǒng)HarmonyOS鴻蒙依次推進(jìn)從低資源硬件到高資源硬件的覆蓋，以分布式能力面向全場景Fuchsia可以兼容手機(jī)、PC、

58、智能家居等物聯(lián) 網(wǎng)場景的統(tǒng)一操作系統(tǒng)來源：整理嵌入式操作系統(tǒng)Embedded Operating System31早期嵌入式開發(fā)中并沒有操作系統(tǒng)的概念，而是直接在裸機(jī)上寫簡單的輪詢系統(tǒng)或前后臺系統(tǒng)。但裸機(jī)系統(tǒng)很難保證程序運行的實時性，因 此隨著硬件水平的提升，MCU的Flash和RAM越來越滿足操作系統(tǒng)的占用，所以由嵌入式系統(tǒng)帶來的開發(fā)模塊化工具和實時響應(yīng)的優(yōu)勢反而 簡化了在中大型項目開發(fā)中的難度，因此嵌入式實時系統(tǒng)逐漸取代裸機(jī)系統(tǒng)成為趨勢。嵌入式系統(tǒng)逐漸取代裸機(jī)系統(tǒng)，物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)發(fā)展開啟早期階段32前后臺系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)資源占用不需要分配資源給OS需要分配資源給OS（不同系統(tǒng)內(nèi)核 資源使用

59、情況不同），內(nèi)核資源也不 同，可通過配置資源進(jìn)行配置開發(fā)難度不需要學(xué)習(xí)OS的API，上手簡單； 但后續(xù)開發(fā)難度提升開發(fā)者需要熟悉OS的基本操作（任 務(wù)建立、操作，任務(wù)間通信、優(yōu)先級 處理、中斷處理）實時性難以確保每個操作能夠?qū)崟r響應(yīng)， 如果一個函數(shù)花費過長時間，將 使整個系統(tǒng)的實時性下降。實時響應(yīng)，輪詢處理。實時嵌入式OS的調(diào)度算法可以最大 程度保證系統(tǒng)的實時性；實時響應(yīng)、 實時處理。可拓展性、 可維護(hù)性可拓展性差，可維護(hù)性差模塊化、結(jié)構(gòu)清晰前后臺系統(tǒng)和嵌入式實時操作系統(tǒng)的對比幾種任務(wù)處理系統(tǒng)的對比模型事件 響應(yīng)事件 處理特點優(yōu)缺點輪詢 系統(tǒng)主程 序主程序輪詢響應(yīng)事 件，輪詢處 理事件只適合順

60、序執(zhí)行的功能代 碼，當(dāng)有外部事件驅(qū)動時， 實時性就會降低前后 臺系 統(tǒng)中斷主程序?qū)崟r響應(yīng)事 件，輪詢處 理事件盡管將事件的響應(yīng)和處理 分開，但事件的處理還是 在后臺內(nèi)按順序執(zhí)行的多線 程系 統(tǒng)中斷線程實時響應(yīng)事 件，實時處 理事件優(yōu)先級概念，相比前后臺 系統(tǒng)，多線程系統(tǒng)的實時 性又提升結(jié)構(gòu)是操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它定義了硬件與軟件的界限、內(nèi)核與操作系統(tǒng)其它組件（文件、網(wǎng)絡(luò)、GUI等）的組織關(guān)系、系統(tǒng)與應(yīng)用的接口。結(jié)構(gòu)是確保系統(tǒng)可靠性、靈活性、可移植性、可擴(kuò)展性的關(guān)鍵。目前嵌入式操作系統(tǒng)主要采用分層和模塊化相結(jié)合的結(jié)構(gòu)以及微內(nèi)核結(jié)構(gòu)。嵌入式操作系統(tǒng)分層模塊化的結(jié)構(gòu)決定了其可移植、可擴(kuò)展 的特征，微內(nèi)核