人人学IoT---------第五章学习笔记

操作系统，轻量开源

5.1物联网操作系统——Huawei LiteOS

操作系统的三个阶段：

• PC时代：苹果、微软
• 互联网时代：微软带动的网页浏览。
• 移动互联网：苹果发布的苹果手机。谷歌推出安卓系统。

物联网操作系统面临的问题：

• 碎片化 芯片、传感器、通信协议碎片化、方案不统一等。
• 多传感器协同管理复杂
• 视频场景下性能要求高
• 开发语言编程效率低、上手难度大。

物联网操作系统可以支持不同的硬件、通信标准、应用场景。

物联网操作系统的出现：

• 可以打破技术障碍和壁垒
• 提高操作系统和可抑制性
• 减少开发成本
• 适合开源社区的开发人员参与
• 助推了物联网的开放和发展

HUAWEI LiteOS
　特点：轻量级、低功耗、ms级快速启动、μs级响应、适应于个人、家庭等场景。

应用于:智能家居、智能停车、智能水表、智能照明。

5.2一个内核很重要——Lite OS Kernel

Huawei LiteOS基础架构：
　　　　　　　　　　　　“１"＋"ｎ” 架构
　　　　　　　　　　　　
　“1”是一个内核，“n”是n个中间件包含了来自OS的互连框架传感况下安全框架运行引擎。

‘
Huawei LiteOS基础内核：
　　任务管理、内存管理中断、管理队列管理、事件管理、通信机制、事件管理、定时器等操作系统。

任务：是竞争系统资源的最小运行单元。任务可以使用或等待CPU使用内存空间等系统资源，并独立于其他任务运行。

进程：
　例如：聊天软件就是一个进程。
线程：
　例如跟某人聊天，语音通话就是一个小的线程。
　
任务是一个线程：
　支持抢占式调度机制、时间片轮转调度机制。
　
Huawei LiteOS的任务模块支持任务的创建、删除、延迟、挂起、恢复以及锁定任务调度、解锁任务调度。

任务调度：
　当一个任务对共享资源进行调度时，不想被其他任务打断，此时，可以进行任务调度锁定。

内存模块：
　如果没有操作系统进行管理，那么需要开发人员进行管理，存在较大的内存碎片化。

Huawei LiteOS的内存管理提供静态和动态内存两种算法。支持内存申请、释放。

动态内存：

• 在动态内存池中分配用户指定大小的内存块。
• 优点：按需分配。
• 缺点：内存池中会出现碎片。
• 动态申请DLINK算法和Best Little算法

静态内存：

• 在静态内存池中分配用户初始化时预设大小的内存块。
• 优点:分配和释放效率高、静态内存池中无碎片化。
• 缺点:不能按需分配。
• 固定大小的BOX算法。

中断管理：
　出现需求时，cpu暂停执行当前的程序，转而去执行新程序。
　
例子：假如你正在给朋友写信，电话铃响了，这时已放下手中的笔去接电话，通话完毕再继续写信。这个例子就表现了中断及其处理过程，电话铃声是你暂时中止当前的工作而去处理更为急需处理的事情。接电话把急需处理的事情处理完毕之后再回头来继续原来的事情。在这个例子中，电话铃声称为中断，请求暂停写信去接电话，叫做中断响应。接电话的过程就是中断处理。

中断：pc出现特殊情况（事件）——CPU中止现行程序——执行处理事件的处理程序——中断服务程序执行完毕。

华为LiteOS的中断管理模块支持：
　中断创建，开/关中断，恢复中断、中断使能，中断屏蔽，中断删除等功能。

队列又称消息队列：
　是一种常用于任务间通信的数据结构，实现了接收来自任务或中断的不固定长度的消息，并根据不同的接口选择传递消息是否存放在自己空间。

消息队列可以有先入先出或者先入后出的模式，可以在任务间通信。

Huawei LiteOS的消息队列支持队列的创建、删除、发送和接收功能。

信号量：
　是一种实现任务间通信的机制，实现任务之间同步或临界资源的互斥访问。

互斥锁：
　可以理解为是特殊的信号量做两个以上任务，对有限的共享资源做访问时保护，防止冲突。
　
归纳：
　信号量，是协调多个任务访问，共享资源提供协商作用，可以让大家共同使用，共享资源而互斥锁是共享资源，只能被一个任务访问时起到保护，防止冲突的作用。

操作系统是如何感知时间管理时间的呢：
　在MCU里面，有个始终元对应的就是我们的系统主频。比如八十兆赫兹，他每秒触发八十兆次，每次触发的时候都会让系统执行一条指令。通过始终元MCU，可以知道相对的时间这个时间是系统时间。另外还有个时间用于时间分片调度。每个任务对CPU可以做最小分片，比如CPU时间分片调度，这个时间的参数单位是泰克。美国泰克可以调度任务一次，每个太可默认十毫秒。

总结：
　华为LiteOS的内核是一个的工号的超小内核，其基础内核体积可以裁减至不到十KB，具备高实时性与高稳定性，并且支持动态加载与分散加载支持功能静态裁剪。

5.3N个框架知多少——LiteOS Framework

互联框架：
　　主要解决不同协议终端的互联互通。

互联框架，能够提供完整的协议栈，降低开发门槛，实现互连，并且提供了可灵活配置的应用。

AgentTiny：
　是一个轻量级互联互通，中间键部署在对功耗、存储、计算资源有苛刻限制的终端设备上，开发者只需调用几个简单的API接口，并可实现设备快速接入到华为IoT云平台以及数据上报和命令接收等功能。

互联框架能够优化Mesh，是自组网能力，满足海量终端组网。

互联框架解决了不同协议终端的互联互通。

传感框架：
　　提供了多传感器的统一管理。传感框架能够提供统一的驱动接口，抽象不同类型传感器接口，屏蔽硬件细节，实现即插即用。

另外还提供统一的传感器交付管理与传感器、算法库，提供一些基础算法融合数据，方便开发者直接调用。

Ｈuawei LiteOS提供了安全框架：
　　端云安全、传输安全、终端安全。

端云安全：
　　主要涉及云端的认证健全，云端会设置白名单，进行双向设备认证。
传输安全：
　　包含了数据链路，安全网络层安全，路由层RPL安全以及DTLS。
DTLS：
　　是数据报安全传输协议，其提供了UDP传输场景下的安全解决方　　　案，能防止消息被窃听，篡改，身份冒充等问题。
终端安全：
　　通常包含API的认证，对于调用API接口的任务，程序与应用需要通过认证。同时，终端安全里划分了一个安全区域，包含白名单，用于端与安全的双向设备认证，设备管理的安全固件与升级，安全启动安全ID密钥管理安全存储等。
安全存储：
　　是在芯片内部划分了一部分存储空间，这部分空间不会让外部线程访问到。像生活中常见的指纹识别、安全支付等。

运行引擎与JavaScript框架：

运行引擎：
　　提供了高性能轻量级JavaScript虚拟机与面向物联网的应用。开发框架是轻量级物联网设备能在JavaScript的框架下进行开发。
JavaScript的虚拟机：
　　是针对资源高度受限的设备设计和优化与OS应用框架协同优化来提高性能。

• 简化系统集成
• 隐藏部分编程细节
• 兼容第三方库
• 丰富平台功能
• 安全性

华为LiteOS在开放的“1+n”架构基础上还提供了开放的API接口：
　　开放的API屏蔽底层差异，让应用开发者只需关注上层应用开发。并且友好的接口设计使得已熟悉在Windows系统上开发应用的开发者能够非常平滑的切换到华为LiteOS系统上开发。同时，由于华为LiteOS系统的精简内核特性，使得开发者更容易理解内核。
　
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