隨著物聯網裝置的普及，物聯網作業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體——物聯網作業系統，如伺服器巨頭Alibaba推出的AliOS Things，Amazon公司的Amazon FreeRTOS，再如開源社群領袖Linux基金會推出的Zephyr，以及在國內知名度很高的RT-Thread等等。

這些物聯網作業系統各具優勢，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，有哪些產品可以支援這一物聯網作業系統。

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，並獲得了裝置認證。

下面是已經獲得認證的部分恩智浦MCU的列表：

從這個表裡可以看出，很多恩智浦主流的MCU產品都已經支援了AliOS Things。另一個要點是，表中可以看到這些MCU的儲存容量跨度很大，最小隻有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的內部模組和功能配置。

AliOS Things是什麼？

AliOS Things是阿里巴巴推出的物聯網裝置端軟體框架，物聯網裝置可以通過AliOS Things裝置框架接入阿里雲，使用雲伺服器提供的相關物聯網裝置服務。

AliOS Things軟體框架是基於APACHE2.0協議的開源軟體，專案地址為

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

AliOS Things軟體架構可以從下到上分為四層，硬體和硬體抽象層、AOS作業系統層、應用框架層和應用層，下層元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. 硬體和硬體抽象層

物聯網節點應用的多樣性，導致物聯網硬體的巨大差異。

物聯網節點裝置上的感測器、通訊模組、微控制器的核心架構，外設元件等都不相同，物聯網作業系統在不同硬體平臺的可移植性，是其成功與否的一大挑戰。

為了增加物聯網作業系統在不同硬體平臺的可移植性，AliOS Things對物聯網硬體提供了3組不同層級的硬體介面，包括微控制器核心架構模組(圖中的CPU模組)，片上系統片上外設模組(圖中的HAL模組)，和基於電路板的模組(圖中的BSP模組)。

在Github的專案中，CPU相關原始碼位於/AliOS-Things/platform/arch目錄，HAL相關原始碼位於/AliOS-Things/platform/mcu目錄，API定義檔案為/kernel/hal/include/hal/hal.h，BSP相關原始碼位於/AliOS-Things/board目錄。

2. AOS作業系統層

AOS作業系統層主要由核心元件(Kernel)、網路協議棧(Protocol Stack)和安全元件構成。

核心元件

Rhino是一個實時作業系統核心。和其他作業系統核心類似，Rhino提供了作業系統的基本功能，如多工管理、任務間通訊、記憶體管理等。核心也支援軟體定時器及功耗管理。如果讀者希望對Rhino核心有更多的瞭解，可以參考AliOS Things百科

https://github.com/alibaba/AliOS-Things/wiki/AliOS-Things-FreeRTOS-Porting-Guide.zh，文章介紹了更多關於Rhino核心的移植、效能、程式碼尺寸等資訊。

VFS是一個虛擬檔案系統，提供了裝置檔案介面。類似於Linux系統，除了儲存在儲存器上的檔案外，硬體裝置(如感測器、麥克風等)也可以通過VFS裝置介面訪問。

YLoop是一個用於程序間通訊的非同步事件框架，提供了在任務中接收/處理/釋出系統訊息、定時器訊息、使用者訊息、IO訊息(感測器、WiFi)的機制。Yloop機制廣泛的用於AliOS Things的裝置框架層和應用程式中。

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、查詢等介面。上層業務可以通過鍵值對介面，完成對硬體裝置資料(Sensor校準引數)或使用者資料(WiFi SSID)的管理。

除此以外，核心元件還提供了POSIX相容介面和低功耗的支援。

核心元件的相關原始碼位於/AliOS-Things/kernel目錄。

網路協議棧(Protocol Stack)

AliOS Things網路協議棧包括IP和非IP裝置的網路協議。對於IP網路，協議棧既提供基於LWIP的支援，也提供了MCU + Wi-Fi模組或Wi-Fi片上系統的支援。對於非IP網路，協議棧包括藍芽、LoRa WAN、zigbee等。

在物聯網節點中使用的Wi-Fi模組並非統一規格。在匯流排連線方式上，Wi-Fi模組的介面可能支援UART/SPI/SDIO的一種或幾種；在訪問方式上，有的Wi-Fi模組使用基於AT命令的控制方式，有的Wi-Fi模組使用裸Socket形式的API。

套接字適配層SAL(Socket Adapter Layer)旨在抽象Wi-Fi模組的差別，以提供應用層網路服務或者網路應用程式的可移植性，向上層提供BSD Socket介面。

對於裝置組網，AliOS Things網路協議棧還提供基於不同平臺的uMesh庫。

網路協議棧相關原始碼在/AliOS-Things/network目錄。

安全元件

AliOS Things對於安全的支援要有以下方面：

1. 基於mbed tls提供TLS支援，用於建立伺服器和IoT節點的安全可信通訊連線。

2. 提供軟體密碼學引擎

3. 提供安全儲存的介面

4. 提供基於ID2的預置可信根和相關認證機制

5. 提供可信執行環境TEE的例子

安全相關原始碼位於/AliOS-Things/security目錄。

3. 應用框架(中介軟體)

應用框架包括韌體升級框架、感測器採集框架、物聯網通訊協議、語音服務、Java Script直譯器和工具。

Linkkit中介軟體支援各種適用於物聯網的應用層協議，包括MQTT、CoAP、ALink、HTTP、HTTP2等。

uData提供了感測器採集框架，在uData框架中，感測器資料表示成為感測器型別，感測器資料和時間戳的例項。

Tiny Engine是一個Java Script指令碼直譯器，為實現最終應用的跨硬體平臺的執行能力。

韌體升級FOTA，基於網路的韌體升級在物聯網終端節點非常普及。物聯網裝置韌體存放在AliCloud中，AliCloud管理入網裝置和對應的韌體版本。在物聯網裝置和AliCloud建立可信安全連線後，物聯網裝置通過MQTT升級主題訂閱，或者Alink相關協議實現待升級韌體的下載。在物聯網應用中，由於網路的不穩定，實現韌體升級通常需要實現“雙備份”升級方式，物聯網裝置的Flash一般會劃分有獨立的儲存升級檔案的區域，這也要求物聯網節點裝置比傳統裝置需要更多的儲存空間。

此外，AliOS Things還提供了語音雲服務介面LinkVoice，物聯網終端節點可以上傳語音資料，使用阿里雲的諸如語音識別等的雲服務。

AliOSThings應用框架及中介軟體相關原始碼位於/AliOS-Things/middleware目錄。

4. 應用例項

AliOS Things提供了各種應用例項，指導開發者如何使用AliOS Things提供的各種機制，以完成物聯網裝置和AliCloud之間的互聯通訊。

通過BUILD系統和交叉編譯工具鏈，這些應用可以在支援AliOS Things的硬體平臺上執行。

AliOS Things應用例項的原始碼位於/AliOS-Things/app目錄。

結束語

恩智浦長期致力於物聯網，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裝置認證。

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