隨著物聯網設備的普及，物聯網操作系統也成了廣大開發者熱烈討論的話題之一，很多的組織和廠商都推出了在物聯網節點上的基礎軟件——物聯網操作系統，如服務器巨頭Alibaba推出的AliOS Things，Amazon公司的Amazon FreeRTOS，再如開源社區領袖Linux基金會推出的Zephyr，以及在國內知名度很高的RT-Thread等等。

這些物聯網操作系統各具優勢，小編參與過AliOS Things的開發，今天就講講AliOS Things的基本架構。

在恩智浦MCU上使用AliOS Things

討論AliOS Things之前，先來看看恩智浦在這上面做了哪些工作，有哪些產品可以支持這一物聯網操作系統。

恩智浦的工程師和廣大開發者，在AliOS Things上已經完成了大量的平臺移植工作。在AliOS Things的GITHUB上，已經有數十款MCU通過了AliOS Things的認證測試，并獲得了設備認證。

下面是已經獲得認證的部分恩智浦MCU的列表：

從這個表里可以看出，很多恩智浦主流的MCU產品都已經支持了AliOS Things。另一個要點是，表中可以看到這些MCU的存儲容量跨度很大，最小只有8KB RAM和32KB Flash，這說明AliOS Things可以適應非常廣泛的MCU配置，適應性很強。

下面就詳細看看AliOS Things的內部模塊和功能配置。

AliOS Things是什么？

AliOS Things是阿里巴巴推出的物聯網設備端軟件框架，物聯網設備可以通過AliOS Things設備框架接入阿里云，使用云服務器提供的相關物聯網設備服務。

AliOS Things軟件框架是基于APACHE2.0協議的開源軟件，項目地址為

https://github.com/alibaba/AliOS-Things

AliOS Things軟件架構可以從下到上分為四層，硬件和硬件抽象層、AOS操作系統層、應用框架層和應用層，下層組件為上層業務邏輯的實現提供支撐機制。

下圖是AliOS Things的整體框圖：

1. 硬件和硬件抽象層

物聯網節點應用的多樣性，導致物聯網硬件的巨大差異。

物聯網節點設備上的傳感器、通信模塊、微控制器的內核架構，外設組件等都不相同，物聯網操作系統在不同硬件平臺的可移植性，是其成功與否的一大挑戰。

為了增加物聯網操作系統在不同硬件平臺的可移植性，AliOS Things對物聯網硬件提供了3組不同層級的硬件接口，包括微控制器內核架構模塊(圖中的CPU模塊)，片上系統片上外設模塊(圖中的HAL模塊)，和基于電路板的模塊(圖中的BSP模塊)。

在Github的項目中，CPU相關源碼位于/AliOS-Things/platform/arch目錄，HAL相關源碼位于/AliOS-Things/platform/mcu目錄，API定義文件為/kernel/hal/include/hal/hal.h，BSP相關源碼位于/AliOS-Things/board目錄。

2. AOS操作系統層

AOS操作系統層主要由核心組件(Kernel)、網絡協議棧(Protocol Stack)和安全組件構成。

核心組件

Rhino是一個實時操作系統內核。和其他操作系統內核類似，Rhino提供了操作系統的基本功能，如多任務管理、任務間通信、內存管理等。內核也支持軟件定時器及功耗管理。如果讀者希望對Rhino內核有更多的了解，可以參考AliOS Things百科

https://github.com/alibaba/AliOS-Things/wiki/AliOS-Things-FreeRTOS-Porting-Guide.zh，文章介紹了更多關于Rhino內核的移植、性能、代碼尺寸等信息。

VFS是一個虛擬文件系統，提供了設備文件接口。類似于Linux系統，除了存儲在存儲器上的文件外，硬件設備(如傳感器、麥克風等)也可以通過VFS設備接口訪問。

YLoop是一個用于進程間通信的異步事件框架，提供了在任務中接收/處理/發布系統消息、定時器消息、用戶消息、IO消息(傳感器、WiFi)的機制。Yloop機制廣泛的用于AliOS Things的設備框架層和應用程序中。

Key-Value Pair(KV)鍵值對，提供了鍵值對在Flash或EEPROM上的增加、刪除、修改、查詢等接口。上層業務可以通過鍵值對接口，完成對硬件設備數據(Sensor校準參數)或用戶數據(WiFi SSID)的管理。

除此以外，核心組件還提供了POSIX兼容接口和低功耗的支持。

核心組件的相關源碼位于/AliOS-Things/kernel目錄。

網絡協議棧(Protocol Stack)

AliOS Things網絡協議棧包括IP和非IP設備的網絡協議。對于IP網絡，協議棧既提供基于LWIP的支持，也提供了MCU + Wi-Fi模塊或Wi-Fi片上系統的支持。對于非IP網絡，協議棧包括藍牙、LoRa WAN、zigbee等。

在物聯網節點中使用的Wi-Fi模塊并非統一規格。在總線連接方式上，Wi-Fi模塊的接口可能支持UART/SPI/SDIO的一種或幾種；在訪問方式上，有的Wi-Fi模塊使用基于AT命令的控制方式，有的Wi-Fi模塊使用裸Socket形式的API。

套接字適配層SAL(Socket Adapter Layer)旨在抽象Wi-Fi模塊的差別，以提供應用層網絡服務或者網絡應用程序的可移植性，向上層提供BSD Socket接口。

對于設備組網，AliOS Things網絡協議棧還提供基于不同平臺的uMesh庫。

網絡協議棧相關源碼在/AliOS-Things/network目錄。

安全組件

AliOS Things對于安全的支持要有以下方面：

基于mbed tls提供TLS支持，用于建立服務器和IoT節點的安全可信通信連接。

提供軟件密碼學引擎

提供安全存儲的接口

提供基于ID2的預置可信根和相關認證機制

提供可信執行環境TEE的例子

安全相關源碼位于/AliOS-Things/security目錄。

3. 應用框架(中間件)

應用框架包括固件升級框架、傳感器采集框架、物聯網通信協議、語音服務、Java Script解釋器和工具。

Linkkit中間件支持各種適用于物聯網的應用層協議，包括MQTT、CoAP、ALink、HTTP、HTTP2等。

uData提供了傳感器采集框架，在uData框架中，傳感器數據表示成為傳感器類型，傳感器數據和時間戳的實例。

Tiny Engine是一個Java Script腳本解釋器，為實現最終應用的跨硬件平臺的運行能力。

固件升級FOTA，基于網絡的固件升級在物聯網終端節點非常普及。物聯網設備固件存放在AliCloud中，AliCloud管理入網設備和對應的固件版本。在物聯網設備和AliCloud建立可信安全連接后，物聯網設備通過MQTT升級主題訂閱，或者Alink相關協議實現待升級固件的下載。在物聯網應用中，由于網絡的不穩定，實現固件升級通常需要實現“雙備份”升級方式，物聯網設備的Flash一般會劃分有獨立的存儲升級文件的區域，這也要求物聯網節點設備比傳統設備需要更多的存儲空間。

此外，AliOS Things還提供了語音云服務接口LinkVoice，物聯網終端節點可以上傳語音數據，使用阿里云的諸如語音識別等的云服務。

AliOSThings應用框架及中間件相關源碼位于/AliOS-Things/middleware目錄。

4. 應用實例

AliOS Things提供了各種應用實例，指導開發者如何使用AliOS Things提供的各種機制，以完成物聯網設備和AliCloud之間的互聯通信。

通過BUILD系統和交叉編譯工具鏈，這些應用可以在支持AliOS Things的硬件平臺上運行。

AliOS Things應用實例的源碼位于/AliOS-Things/app目錄。

結束語

恩智浦長期致力于物聯網，以及在AliOS Things平臺下的開發和移植工作。如果您心意的MCU不在列表中，請讓我們知道，我們有足夠的經驗和知識，可以幫助您進行平臺的移植和設備認證。

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