华为鸿蒙之后，中国本土又一开源OS新锐崛起

畅秋 摩尔芯闻 今天
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在当前的国际贸易形势下，我国电子半导体领域正面临着越来越严峻的考验，首先就是芯片问题，以华为为代表的一些企事业单位已经无法获得并使用原本属于正常市场供需交易的产品，除了芯片外，还有一个重要的领域，那就是软件，特别是底层的操作系统，以及一些普遍应用的工具软件。这些“突发”状况，使得一些企业有些手足无措，限制了正常的设计、生产和运营，另一方面，这些为中国本土长期立足于自主研发芯片及底层软件系统的企业带来了发展机遇。

芯片已经说的很多了，下面重点谈一下软件，特别是底层的操作系统。

在PC领域，微软的Windows操作系统已经统治了近30年时间，在智能手机开源操作系统方面，Android则统治了十多年。而在嵌入式操作系统方面，以Linux为代表的操作系统更是有着举足轻重的地位。

而随着物联网的发展，传统操作系统，特别是Linux已经难以满足各种细分领域的应用要求，再加上国际贸易的限制，急需新的、能满足市场发展需求，且自主化程度较高的操作系统。基于微内核的华为鸿蒙就是典型代表。

微内核设计的基本思想是简化内核功能，在内核之外的用户态尽可能多地实现系统服务，同时加入相互之间的安全保护。微内核只提供最基础的服务，比如多进程调度和多进程通信等。区别于“宏内核”，微内核采用同一套操作平台，针对不同硬件能力的产品进行部署，并采用分布式架构，提升效率。这很适合物联网的特质和需求。

在物联网时代，对实时操作系统（RTOS）提出了新的要求，如传统的RTOS内核需要更丰富的中间组件和软件包，以提升开发效率；另外，多芯多OS也难以满足实际应用需求，需要软件和应用复用，提升人才管理和效率，形成统一的OS平台。此外，实时操作系统在MPU上开始流行，因为它实时性强，系统成本低，且能实现快速启动。


RT-Thread Smart混合微内核

在这样的产业和市场背景下，中国本土的睿赛德科技（RT-Thread）在其原有的RT-Thread 宏内核基础上，推出了RT-Thread Smart混合微内核系统。


据睿赛德科技创始人熊谱翔介绍，RT-Thread Smart 主要面向带MMU（Memory Management Unit，内存管理单元）的中高端处理器，为众多领域提供更具竞争力的操作系统基础软件平台，具备快速启动、POSIX接口全兼容、开发调试便利（支持RT-Thread Studio集成开发环境）、应用与内核分离、高安全性等特性，且具备多项技术创新。融合RTOS 强实时性和系统成本低的优势，尤其适合安防、工业、军工、车载等行业领域，在特定的消费电子类应用上也有用武之地！并且，RT-Thread Smart 依然开源如故，采用Apache  License v2.0！

RT-Thread系统服务可根据实际场景需要放在内核态或用户态中执行，而在整体系统上则采用了微内核的架构，进程间采用IPC/共享内存方式通信、交互，融合RTOS 高实时性和系统成本低的优势。

总体来看，相对于RT-Thread 宏内核，RT-Thread Smart更小，更快，更安全，可维护性更好。

据悉，推出RT-Thread Smart的想法，始于2019年初，当时，有芯片厂商提出需求：在DRAM场景下，如何做到更低的启动时间，在对外用户场景下，如何进行功能分离。


因此，2019年4月，睿赛德科技开始立项，安排计划，搭建架构，建立了Git仓库；7月，实现了用户态应用程序以独立地址空间执行，实现了第一个独立应用程序运行；12月，在该公司2019年开发者大会上进行了介绍和演示，有了基本能跑的应用程序，实现了文件系统外置到用户态；2020年6月，加入了更多用户态支持，如用户态网络协议栈，用户态图形用户界面，gdb调试用户态程序，用户态音频系统等；今年7月，通过开发者、芯片厂商内测，具备了完整雏形，然后提供给外部开发者、芯片厂商测试。9月初，该公司正式发布了该微内核操作系统。

与Linux相比，RT-Thread Smart在成本和体积的资源占用方面有明显优势，如Linux裁剪版压缩后内核占用空间为3.57MB，根文件系统5MB，占用内存17.4MB。而RT-Thread Smart内核占用空间504kB，压缩后仅为217kB，根文件系统127kB，占用内存1.9MB。


启动时间方面，RT-Thread宏内核 + 文件系统 + 网络协议栈 + 多媒体，需要3 – 5秒，Linux需要5 - 10秒，而RT-Thread Smart仅需不到500毫秒。RT-Thread Smart具备优异的实时性能，中断延时<1us，能够满足苛刻的高实时性场合。

轻型化是RT-Thread Smart内核架构的主要特点：只包含基本功能，同时也可定制，内核尺寸低至500kB。其用户态系统服务可拆卸、可重启，安全性更好，相互之间内存隔离。该微内核架构具有相同的API风格，应用与内核都可延续RT-Thread API，用户态扩展性强。它的每个应用程序都具备独立地址空间：高1G地址空间分配给内核及I/O，低3G地址空间给用户应用，0 - 1M空间设置访问属性进行保护。

RT-Thread Smart混合微内核的一个重要特点就是在用户态存在RT-Thread的API，易于在用户态、内核态迁移应用程序，当放在内核态时可以获得更高的性能。其图形用户界面也很友好，支持界面拖动布局控件，以及C++、JavaScript多语言编程，可实现滑动、动画，电容屏触摸操作，具有丰富的图形控件、自定义组合面板功能，还有高效的资源管理器和多国语言支持。

开发环境方面，RT-Thread Smart支持使用RT-Thread Studio一站式开发工具；Web化的IDE大幅度提升了工作效率。

操作系统的推广，需要芯片和硬件支持，目前，Arm系的全志Cortex-A、Xilinx Zynq、树莓派，MIPS系的龙芯64位处理器，以及CK810、RISC-V等越来越多的芯片指令集架构都加入到了支持RT-Thread Smart的行列。

更重要的是，RT-Thread Smart延续了该公司传统，继续采取开源策略。

生态破局

生态建设对于操作系统推广至关重要。

据睿赛德科技COO邹诚介绍，目前，RT-Thread系统的装机量> 6 亿，在无线连接、安防、消费电子、大工业等多领域都有应用，CSDN一年新增文章1992篇。在社区运营方面，每年有超过40场线下培训、沙龙等，每年超40场直播、5场线上学习，每年超过2场开发者大会和设计竞赛，还成立了社区工作小组。

而在芯片支持方面，已有超过30家芯片企业原生搭载了RT-Thread系统，芯片支持厂家总数超过80家。

软件生态方面，RT-Thread Smart支持各类编译工具，丰富的调试开发辅助工具；支持POSIX、CMSIS等接口规范，支持各种脚本执行环境；设计了科学的SDK及API，可大幅提升二次应用开发体验；官方团队开发了高质量关键组件，如AT组件、网络协议、音频、柿饼GUI。具备300 +的软件包，覆盖IoT、外设、工具、系统、多媒体等八大类全场景，可无缝对接 RT-Thread 生态。

在对以Arm为代表的生态支持方面，RT-Thread Smart比RT-Thread更上一层楼，具体定位如下图所示。


目前，RT-Thread Smart可以完全替代QNX和VxWorks这两种传统RTOS，并能在很大程度上覆盖Linux的功能和性能。


邹诚表示，RT-Thread凭借其灵活性、技术领先性，依托强大的生态，满足产业AIoT自主基础软件平台的需要，以开源为本，通过企业服务、软件授权、增值硬件的模式实现商业价值，同时会探索行业解决方案、平台渠道分成、App Store模式等，推动RT-Thread的商业化。

针对工业领域对软件平台轻量、扩展性和实时性好的需求，作为芯片级合作伙伴，龙芯中科与睿赛德科技共同完成了RT-Thread Smart微内核方案在龙芯2K1000嵌入式芯片平台上的适配。


龙芯中科副总裁杜安利详细介绍了龙芯针对工业互联网场景下的应用案例，包括RT-Thread在内的国产软件平台解决方案，对于未来关键工业领域本体安全的建设提出了系统级的解决方案和展望。


睿赛德科技合作伙伴全志科技产品研发中心总经理孙彦邦表示，将在年底的RISC-V应用处理器上搭载RT-Thread Smart微内核操作系统，以满足多媒体+网络智能设备需求，携手RT-Thread建设更好的开源生态。


结语

当下，我国在关键领域的产业升级，需要建立在国产自主芯片+固件+操作系统的软硬件基础平台上。我们必须强化自主研发，不断推进国产自主软硬件生态建设，才能保障我国工业和信息化建设健康发展。


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