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物联网应用开发实时操作系统Zephyr

物联网时代不断向前推进,虽然还未出现爆发式增长,但很多人已经切身体会了联网设备给生活带来的便捷。目前物联网设备越来越小型化,这在尺寸和功耗方面都对硬件厂商提出了新的要求,于此同时超小设备受限于内存不足,原来的大型操作系统已难以应用,因此急需一套小巧、灵活的物联网操作系统帮助这些物联网设备实现快速运行。Linux 基金会为了解决这一难题,并帮助开发人员构建生态系统以加快开源技术开发与商用而推出了Zephyr 项目。它是一款小型且可扩展的操作系统,支持多种架构,专为物联网网关和前沿应用程序设计,是基于微控制器子 Linux 应用程序开发的理想选择,具有高度开源性、高灵活性和高安全性等特点。

支持低内存运行,低致2KB

物联网设备体积小型化,电池体积会随之减小,储电量也随之减小,因此需要降低功耗以延长设备待机时间,Zephyr 内核能够将操作进程与裸机操作系统的其它进程进行分离,也称为微核和超微内核。超微内核负责所有基本操作任务,包括通过基于内部光纤的积压作业(backlog)执行任务。微核功能更强大,允许多任务处理和内存存储,但只在必要时使用。Zephyr利用这种方法成功创建了低功耗操作系统,功能强大但不会消耗所有能源,它只需 10KB 或以下存储空间便可操作,因此能够最高效地利用能源,延长设备待机时间。

对于小型物联网设备,内存资源有限,因此对与之匹配的操作系统运行占用内存提出严峻挑战。众所周知,Linux非常善于利用有限的资源来运行,同时又能支持制造工厂的实时数据采集系统及其他时间敏感型仪器和机器,Zephyr 项目内核即可在内存低至 8kB 的系统上运行,甚至可在 RAM 最小为 2KB 时运行。

模块化设计,全面满足定制化需求

未来的物联网设备追求的是“小而美”的满足某一应用,因此适用于未来物联网设备需求的实时操作系统不是要大而全,而是要具有高度灵活性,可以自由选择打开或者关闭某些应用。Zephyr具有模块化配置的特性,设计者可以按照标准模板使用,也可以根据实际需求禁用部分模块(使用 kconfig 工具),未来Zephyr 项目计划提供一切必要的资源来集成第三方模块,以满足设计者的定制化需求,让系统更灵活。

开源社区支持,全方位保证系统安全

未来物联网设备的数量会爆发式增加,如果2020年增长到500亿部,也就意味着黑客有500亿个入口进行网络攻击,因此安全问题成为用户高度关注的问题。怎样增强物联网设备的安全性?这也是Zephyr高度关注的问题。Zephyr在设备和通信协议栈的两个层次提供安全特性,可提供一次性至永久性保护用户免受安全威胁所需的保护级别。除此之外,开源社区也对安全问题严肃看待,安排专门的安全工作小组和指派一位安全维护人员。该项目的合作伙伴还可以得到热情且充满活力的开源社区的支持,依靠集体的力量加大成功的可能。

支持多种协议,保证设备顺畅联网

物联网设备的关键在于互联,因此需要支持多种协议保证设备可顺畅实现联网。Zephyr 支持蓝牙、低功耗蓝牙、IEEE 802.15.4、6Lowpan、CoAP、IPv4、IPv6、NFC、Arduino 101、Arduino Due、第二代英特尔 Galileo 开发板、NXP FRDM-K64F Freedom 开发板等标准。

该项目的早期合作伙伴包括英特尔公司、恩智浦半导体公司(已被高通收购)、美国新思科技公司和 UbiquiOS Technology Limited。2016年9月,ARM架构开发开源软件的协作工程组织Linaro作为白金会员加盟Zephyr项目,Linaro将会以Zephyr作为适用物联网和嵌入式市场的技术开发和测试的基础,物联网有望实现嵌入式技术的多层连通。

开源、互助,形成良性循环

作为开源项目,Zephyr可以向开发者提供可扩展、可定制、安全的开源的操作系统,以满足物联网设备开发的需求,同时通过开发者对物联网应用模块的贡献对自身系统不断完善,再更好地服务于开发者,从而形成良性循环。开源已经成为企业网络与服务在演进与扩展过程中的一个重要组件,Zephyr将成为全球领先的高度安全灵活的物联网平台之一。

关于Zephyr项目

Zephyr 项目是一款小型且可扩展的实时操作系统,尤其适用于资源受限的系统,可支持多种架构;该系统高度开源,对于开发人员社区完全开放,开发人员可根据需要对该系统进行二次开发,以支持最新硬件、工具和设备驱动程序;该系统高度模块化平台,可轻松集成任何架构的第三方库和嵌入式设备。


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