物联网操作系统华为超轻量LiteOS解读

导读物联网（IoT）作为拥有千亿级设备连接量的庞大市场，已经远超PC和移动手机市场体量。国内巨头在物联网平台已然较量了多个回合，而在此过程中，操作系统也被视为关键一环，经历了移动互联网时代，厂商开始对操作系统更加敏感，谁不想拥有Android或iOS在移动手机中的地位？

物联网终端设备开发遇到瓶颈

物联网经过这些年的发展，在终端设备开发中显现出诸多问题。

1、终端设备需要低成本、低功耗。由于多为小型便携产品，因而电池寿命和硬件成本就成了关键问题，降低芯片成本、提升电池续航能力成为当下发展瓶颈；

2、连接方式要求多样化。前代连接方式由于功耗和成本仍是问题，在即将到来的5G时代，设备亟需支持更多连接方式；

3、云端安全成为痛点。随着数据量的增大，部分或全部数据上传到云端进行处理已是必然趋势，随着数据泄露事件频发，社会关注度也越来越高，安全性成了不可忽视的问题。

总体来看，现在的物联网设备还不够智能，而这正是华为决定开发操作系统的原因。华为LiteOS运营总监林旅强告诉雷锋网(公众号：雷锋网)编辑，现在的物联网终端设备通常都是不智能的，因此也被称作哑终端。智能化后的设备不仅可以实现数据上传云平台，还要能够实现信息的改变、命令下发、动作执行，这也是华为操作系统要实现的功能。

从自用到开源：华为的布局思考

大部分开发者对华为LiteOS的认知是从2015年华为宣布开源LiteOS，或是在2017年提出“云——管——端”战略开始的，而其实，据雷锋网了解，早在2012年，华为就开始做终端设备OS，也是现在LiteOS的雏形。

研发之初，华为的终端设备OS主要应用在自家消费类产品中；可穿戴市场兴起后，华为又在2014年推广到自家手环、手表等可穿戴设备。随着物联网设备体量逐渐成长，种类也开始繁盛，华为看到了这一市场机遇，开始进入物联网领域，也就有了现在的LiteOS。据华为内部对LPWA领域设备出货量统计数据显示，截止2018年，搭载华为LiteOS的NB-IoT产品出货量超过2000万。

在2015年华为网络大会上，LiteOS正式宣布开源。林旅强笑称，华为此前都是自己吃自己的狗粮。LiteOS操作系统是华为完全自研的，并非通过Linux或其他系统二次开发的。

为什么要开源？

开源就是为了建立产业标准，我们不希望规定谁能用或谁不能用，这样无法将产业做大，我们希望能够将物联网产业横向拓展。

华为LiteOS自主知识产权指什么？

即使开源，也会受到很多限制，例如Android系统。华为LiteOS 99%以上的代码是由华为带头做的（其中也有合作伙伴的身影），以BSD的方式开源，不会有国外知识产权的问题，是自有知识产权。

IoT OS联网关键：端云组件和增强组件

单独从内核来看，任何操作系统的内核都大同小异。物联网操作系统内核的本身有一个特点，即轻量级，华为LiteOS可以做到KB等级。另外，作为物联网开源操作系统，厂商可以直接将华为LiteOS操作系统拿来做定制解决方案。

物联网最为关键的就是互联互通，由于物联网生态系统中，每个组织内部有众多节点，这需要有完整的系统架构作为支撑。而现在市面上一些物联网终端系统仍然存在无法联网的问题，这样的嵌入式系统自然无法称作物联网系统，这主要由于端云组件不够完善。

从嵌入式系统到物联网系统主要区别在于端云集成的能力。相对于嵌入式系统，物联网系统支持多种协议，同时也增加了远程升级的能力。华为LiteOS支持诸如LwM2M、MQTT、DTLS等协议，也支持远程升级。

华为LiteOS在增强组件方面加入了差分升级。所谓差分升级，即只把需要升级的部分进行升级，而不必进行全部升级，其优点是占用更少的通道资源，这一点其实也借鉴了现在手机操作系统的更新/升级功能。华为LiteOS可以在只占用很少“管”端资源的情况下，对设备需要的功能进行升级。

华为作为国内通讯巨头企业，与包括三大运营商在内的众多平台都有合作，因而其LiteOS系统拥有多平台互动能力也就很容易理解了。当然，就华为自己的定位来看，LiteOS主要还是连接自家的OceanConnect平台的，但同时也可以将LiteOS与三大运营商的云平台连接。

事实上，“云管端”可以自由搭配，但是我们默认推荐华为整套方案，这也是最方便的事情。

另外，开发者经常使用IDE（Integrated Development Environment ，集成开发环境）进行开发，但目前市面上物联网领域的IDE往往昂贵，免费的体验则欠佳。根据林旅强透露，华为看到开发者的诉求，开发了LiteOS IDE，并将于今年10月的华为全连接大会中亮相。

着力重点：Open CPU

针对LPWA终端设备开发而言，基于华为LiteOS有三种开发方案：

1、基于MCU的设备开发

2、集成到NB-IoT SoC方案开发

3、面向运营商云平台提供SDK供模块厂商快速对接

以上三类设备开发方案需要进行单独开发的部分依次减少。其中最典型的是基于MCU的设备开发，这类方案需要用到内核、AT Adapter, 以及LiteOS的SDK全部组件；如果用Hi2115芯片（NB-IoT SoC）做设备开发的话，可以直接用Open CPU方案简化开发过程；而华为面向三大运营商产品提供各家SDK，可以实现与一些模组厂商快速对接。

华为在2016年9月推出首款NB-IoT芯片，并于2017年6月大规模发货，之后又推出了Boudica 150，相较而言，Boudica 150开放了A核（Application）部分（之前并未开放），开发者可以直接在其上做应用编程。由于之前没有开放这一部分，开发者需要另外加入一块MCU，因而Boudica 150可以节省一个MCU，从而在功耗、成本、设计尺寸上都得到了进一步改善。

Open CPU是华为今年的着力重点。Open CPU就设备侧来看，与基于MCU的方案比较，可以省1-2美元；从端云集成方案角度看，相对于用AT命令来对接，节省更多时间；相对于前一版本Boudica 120节电30%；同时对接的IoT平台种类也有增加。

共享单车应用实例

共享单车作为LiteOS成熟应用方案之一，其工作原理如下图所示。

华为的NB-IoT应用方案主要在共享单车车锁上。当你打开车锁时，手机APP开始计费；关闭车锁时，手机APP会结束计费。其中，关锁过程中，车锁利用NB-IoT模块发信号到OceanConnet平台，OceanConnet平台接收到信号就会告知单车的云平台，单车云平台再将信号发送到你的手机APP，从而完成关锁计费。

这样的一套流程早期的版本用的GPRS模块，非常耗电，需要1-2个月换一次电池；NB-IoT/LiteOS方案解决了这一问题，现在共享单车车锁平均可以连续工作26个月。另外，在开发时间上也有很大的提升，过去要一个月，现在用两周就能完成开发工作。

IoT OS是否必须

虽然现在各大IoT OS设备接入量屡屡爆表，但是仍然会有人质疑物联网硬件是否真的需要OS，对此，雷锋网编辑也与林总进行了交流。

采用华为LiteOS系统和用其他系统接入OceanConnect平台是否有区别？对于IoT设备，操作系统是否是必须？

林旅强：IoT走向智能化的浪潮中，操作系统是关键角色。目前某些解决方案当中的终端设备和功能要求并不特别复杂，接入物联网平台的方式也有若干种，未必一定使用OS才能做到端云连接。不过，LiteOS除了在端云互联方面降低开发人员的工时和复杂性外，在今天提到的OpenCPU方案节省MCU、远端固件软件差分升级、Device PnP和DTLS+等增强组件功能，都是使用LiteOS的优势。并且，IoT装置发展的趋势一定是朝向智能，未来物联网的发展在通信速度和带宽的提升以及电池技术的突破，我们都更可以确定物联网OS所起到的关键作用。

IoT设备操作系统是否会与手机安卓系统在功能和发展上有所不同？

林旅强：IoT设备操作系统与安卓有不同之处，基于安卓系统开发APP的人很多，但是物联网操作系统架构与安卓不同，目前也还没有开发APP的成熟条件。如果参照移动手机的发展史，从技术发展来看，IoT设备甚至还没走到诺基亚的塞班系统时代，而是处在早期功能机阶段。我们现在要解决的问题包括连接、各种协议栈，先在行业上让大部分人能够使用，在物联网产业发展的过程中，丰富能力和生态，吸引更多开发者进入，直到像现在开发安卓系统那么容易。面向未来的畅想我们很期待，距离还有多远，可能还是见仁见智。