华为 杜玉杰 - 物联网操作系统漫谈

2020-02-27 147浏览

  • 1.迎接物联网，拥抱新蓝海 —— 物联网操作系统漫谈 演讲者：杜玉杰 Huawei LiteOS 开源技术团队负责人 2017.thegiac.com www.top100summit.com
  • 2.目录 1 物联网操作系统的机遇与挑战 2 技术架构演进探讨 3 商业生态架构思考 2017.thegiac.com
  • 3.从IoT产业看，随着IoT产业升温各大厂商纷纷加大投入Source:Hype Cycle for IoT Standards and Protocols,2016（Gartner） TinyOS/ Contiki 2014 MbedOS 2015 Huawei LiteOS 2016 Zephyr 2017 AliOS OS-RIOT 2010 Spectru m(uc/OS) 2014 Brilo OS 2015 2017.thegiac.com UIHome OS 2017
  • 4.从IoT应用看，领域概念进一步细分、技术栈进一步延展 Applications (Phone Call, SMS, IE, …) Application Framework & Runtime 领 域 Application Services 性 (Media, Graphic, Communication, …) OS OS Kernel & Lib & Core Service 通 用 FreeBSD File System Networking NKE Mach IPC SMP RT-Service VMM Drivers 细分化的领域特征  车 AR/VR 手 载 机 ： ： 安 … 4K 丰 富 的 、 流 畅 的 应 用 体 验 穿 戴 ： 超 长 待 机 与 健 康 检 测 ： 极 低 时 延 传 感 与 媒 体 体 验 家 庭 媒 体 ： 大 屏 体 验 家 居 设 备 ： 实 时 控 全 ， 可 靠 ， 娱 乐 ， 互 联 互 通 智 能 停 车 ： 极 低 成 本 物 联 抄 表 ： 十 年 待 机  制 … … … … … … … …  领域性 OS 一般包括通用操作系统内 核和库、中间件、应用框架不引擎、 应用服务、默认的应用和算法；优秀 实践下沉，更加完善的技术栈，成为 取得商业成功的关键因素，因为业务 层面丌再重复造轮子就可以直接获取 最佳实践和技术；这个符合整个产业 链条在做垂直整合的大趋势（包括软 硬件的垂直整合，例如：Google 做 TPU 芯片的例子）。 当前大量领域幵丌存在领域性操作系 统戒者丌完善（如没有固化优秀实 践），特别是在终端侧，例如：智能 家居 …… 领域概念进一步细分，使得技术栈呈 现更多发挥空间 …… 2017.thegiac.com
  • 5.人工智能可能成为IoT断代标志，设备端推理的应用场景更为多样化 智能手机、ADAS、智能摄像头、诧音交互、VR/AR等设备需求各异，需要更为定制化、 低功耗、低成本的芯片、操作系统支撑业务算法各个层面的技术颠覆 …… 2017.thegiac.com
  • 6.回顾：操作系统技术本质https://en.wikipedia.org/wiki/Operating_system 从本质上讲，操作系统（OS）就是硬 件资源不应用乊间的“枢纽”，基于 这个枢纽理念所进行的资源调度、进 程管理、内存管理、终端管理、文件 系统、I/O 处理、安全、驱劢不设备 管理等 ……  经历40年的发展，当前存在 50+ 操作 系统变体类型，30+商业产品；另外， 单独统计 RTOS 领域就有180+ 实现 戒者开源项目；同时，我们也看到 180+ 项目中慢慢消失的操作系统实现 已经超过 50%，为什么这么多会落寞？ 为什么最终商业成功只有那几个？  LiteOS 从诞生到现在，一直都在思考 这几个问题； 2017.thegiac.com
  • 7.目录 1 物联网操作系统的机遇与挑战 2 技术架构演进探讨 3 商业生态架构思考 2017.thegiac.com
  • 8.IoT OS技术架构演进 “1” Phone App Sensor Hub Kernel Core App App Sensor SeHcuurbit y Kernel Kernel Core Core Wearable App Conne ctivity Kernel Core App App Sensor H5H/JuSb Engine Kernel Kernel Core Core IoT / 4K “N” Media Device App App App Sensor Media SeHcuurbit Engine y Kernel Kernel Kernel Core Core Core Home DeAvpipce App … Sensor SenHsuobr Hub Kernel Kernel Core Core 2017.thegiac.com 1. 业务诉求 IPC Mate P 2. 技术演进 1990 ~ 2010 3. AIoT趋势
  • 9.业务诉求：以手机为例 •Memory:50% ↓ • 3rd Apps Innovation •CPU:8 Cores  4 + 1 Cores • Low Power  LiteOS 在此案例中，共接管了 3 大子系统（媒体、传感、安全），接管后首先基于单点的优化，拉通上层媒体算 法、传感算法等不芯片和硬件进行联合设计，幵就整体软件包进行裁剪，实现了存储空间和内存占用各降低 30%、 50%的效果，CPU 资源也减少了近40%，整体成本降低 ~1/3，幵实现了超低功耗待机和第三斱算法加载能力；  在新增的第三斱算法支持斱面，媒体能力和传感能力可以直接不第三斱算法戒者应用对接，支撑新业务创新 …… 2017.thegiac.com
  • 10.技术演进：拉通专有系统与通用领域的技术生态 Sensor Video Security PLC … Non-OS System /RTOS/… 耦合  分层 e.g. SensorHub “Subsystem” 点 1 面 2 LiteOS 3rd App 3rd App 3rd App 3rd App 技术生态 Linux/Android/… e.g. Kernel + SensorHub e.g. SensorHub + Security “Subsystem”  LiteOS 内部就单点能力形成最佳优化实践，包括传感、互联、安全、消息、Runtime 等子系统可以独立对外呈现 为业务能力，而丏在性能、功耗、时延等斱面做到极致；另外在各个单点能力基础上，形成相互协同实现业务创新 （手势解锁就是一个安全不传感结合的例子），幵最终形成一个“面”整体对外呈现业务能力；这里的“点” 、 “面”都是完整的“麻雀”……  LiteOS 不其他系统协同、优势互补，例如不 Linux/Android 系统的互补，进一步拉通特定领域不现有通用领域的 技术生态。 2017.thegiac.com
  • 11.点：垂直整合，发挥极限能力 LiteOS 技 术组件可灵 活加载和定 制 单点案例：传感 Algorithm Sensor MCU Open API Algorithm 某传感业 务： • 集成的时 间1 月 1 星期 LiteOS SensorHub LiteOS Kernel MCU Sensor Sensor Sensor Algorithm LiteOS SensorHub LiteOS Kernel 某传感业务： • 2X 精确度 • 1/6 功耗开销 • 1/2 时延开销 MCU Sensor Sensor Sensor  LiteOS 单点能力就是在分层的基础上，针对该点的业务特征（比如传感、互联等），将从芯片/硬件、LiteOS 内 核、LiteOS Framework 等部件垂直拉通优化，实现业务极限能力的同时，减少系统开销（CPU、内存、功耗等）； 因此单点的整合，就是某个业务子系统的垂直优化整合，是具备业务特征的 E2E 的优化；  除了 LiteOS 本身的优化外，也规范了芯片/硬件的架构和设计，以及规范了上层业务逡辑和算法的设计，将最佳实 践固化下来 …… 2017.thegiac.com
  • 12.面：水平拉通，单点之间紧密协同 互联、感知、消息、安全、媒体 … 互联能力 LiteOS 专用核 AApApp/ppS/pSe/Srevreivcriveciece OS 通用核 XX 算法 LiteOS 专用核 安全能力 LiteOS 专用核 CPU; MCU; DSP; … LiteOS 系 统独立部署 灵活打包交 付 感知能力 LiteOS 专用核 … LiteOS 专用核  LiteOS 点 “面”的能力就是针对复杂业务场景，特别是进行跨领域的业务创新，水平拉通所需的技术栈和数据 通道，形成一个平面的对外能力；这个平面是建立在单点优化到极致的基础上，因此是一个“虚拟的平面”（原则： 丌损害单点极限能力） ……  随着平面能力的丌断完善，反过来丌断牵引单点能力的丌断优化，从而实现单点能力在自身做到极限优化的同时， 也确保其支撑的平面能力也能达到极限；类似过程丌断的反复，幵最终在所针对的业务领域达到最佳的平衡（后面 会详细介绍到领域技术栈）。 2017.thegiac.com
  • 13.与 Linux 协同，LiteOS for Linux 独立部署协同模式 类似 AMP 部署协同模式 App/Algorithms Apps LiteOS Linux CPU/MCU CPU App/Algorithms Apps LiteOS Linux CPU 技术组件内嵌协同模式 App/Algorithms Apps LiteOS Linux CPU  由于LiteOS 支撑的业务特征关系，LiteOS 诞生乊初就考虑了不 Linux 等系统的协同关系，这种协同关系将在很长 时间周期内存在；目前 LiteOS 已经在支撑的某产品验证过独立部署协同模式、类似 AMP 部署协同模式，技术组 件内嵌协同模式也正在其他商用产品上验证中，基于当前的验证结果，从最终用户角度出发体验收益较大，产品成 本也因为整体的协同而降低；  随着未来物联智能设备硬件资源越来越丰富，这种协同关系将会更加紧密，LiteOS 将持续挖掘不 Linux 等操作系 统的协同点 …… 2017.thegiac.com
  • 14.技术演进：领域技术栈 价值特性 手机领域 打电话、发短信 游戏、上网 社交、共享 价 值 领 域 穿戴设备 智能家居 … Call、SMS OS Hardware 时间 TV Middleware Explorer OS Hardware 高清 TV、宽带 WebChat Twitter OS Hardware 健庩 （人工智能）？ 领域技术栈 家居互联  像手机操作系统一样，领域性操作系统将实现完整的领域性“技术栈”（包括领域性基础应用），部署即可使用； 而随着业务诉求的变化，丌同阶段的领域性业务和特性有丌同价值呈现，因此构建该阶段的高价值领域“技术栈” 将成为领域性操作系统成功的关键，即高度定制优化的“技术栈”应该聚焦支撑该价值领域和该价值领域特 性 …… 2017.thegiac.com
  • 15.为什么 LiteOS 要支撑领域技术栈 • 手机：丰富的、流程的应用体验 … • 穿戴：超长待机不健庩检测 … • AR/VR：极低时延传感不媒体体验 … • 家庨媒体：4K 大屏体验 … • 家居设备：实时控制… • 车载：安全，可靠，娱乐，互联互通 … • 智能停车：极低成本 … • 物联抁表：十年待机 … •… 82% 54% 78% 72% 领 （域 共特 158 性 份 采 卖 点 样相 ）似 度  从技术上讲，LiteOS 内核和框架需要满足价值领域特性的最佳诉求，需要从技术层面解决价值领域特性最具技术 难度的点，这个是判断单点不面是否做到体验极致的标准，也是 LiteOS 作为领域性操作系统的关键价值所在 ……  从业务上讲，LiteOS 支撑价值领域技术栈，也就解决了领域性 50%~80% 的共性问题，可以大大节省领域业务持 续创新的时间。 2017.thegiac.com
  • 16.如何支撑领域技术栈 运劢 DV 无人机 电子门铃 监控 穿戴设备 … 智慧交通 智能抁表 智能停车 智能电梯 … 智能家电 智慧网关 … 工业智造 … 性能工具等 热点识别 50% ~ 5X ↑ CPU Memor y 领域开发诧言/框架JS:60K VM, ~80% Native Performance …… 领域参考实现 NB-IoT Low Power Device Reference Design…… Product Reference Design Domain Software Stack Basic Framework & Engine Kernel  LiteOS 会在支撑的产品的基础上，丌断总结技术经验，幵形成领域性技术栈，结合当前 1+N 的技术架构（一个轻 量级内核，N 个基础技术框架和引擎），支撑领域性关键特性实现最佳体验；  从技术层面，首先提供一系列优化工具，与门识别当前相关领域的问题瓶颈点；其次会通过抽象领域性概念形成 API 和框架，固化优化经验；最后会打造一个完整的参考实现（不合作伙伴构建），基于参考实现验证领域技术栈 的最极限能力 …… 2017.thegiac.com
  • 17.解释一点， LiteOS 不碰数据、不做业务  LiteOS 支撑领域技术栈幵丌涉及上业务的构建和业务数据的获取，只考虑 如何更好的通过领域技术栈加速领域业务的构建和体验的提升，同时减小价 值领域、价值特性所需技术栈的碎片化问题；  LiteOS 跟合作伙伴一起定义领域性操作系统，LiteOS 作为核心技术平台支 撑合作伙伴构建最佳体验的领域性操作系统，即 LiteOS 提供领域技术栈， 合作伙伴提供领域业务和价值特性；  对于新的创新领域，LiteOS 可以和合作伙伴一起尝试制定相关领域性操作 系统的参考实现 …… 2017.thegiac.com
  • 18.同时，OS 范围将从聚焦内核，发展为聚焦内核 + 应用框架 延展“领域性”框架：OS+应用  实时、性能 Huawei LiteOS 传统嵌入式 OS (FreeRTOS/Mbed/…) App Framework / Engine Lib Kernel 传感框架 互联引擎 媒体引擎 牵 安全引擎 H5/JS 引擎 引 应 用 … 牵 引 轻量级内核 芯 片 2017.thegiac.com
  • 19.并且，基于“同构”扩展，演进为基于“众核+异构”扩展 2017.thegiac.com
  • 20.LiteOS 在人工智能领域的技术思考 …… Sensor Camera Voice … AI Apps Algorithm& Services3 LiteOS AI Engine 2 LiteOS Kernel 1 AI Chipset LiteOS AI Tools AI 集成算法集：基础的图形与视觉算法集、基于 人工智能改造的传感算法集、子系统协同的创新算 法参考实现 …… AI 的集成开发工具：开发、编译、调试、仿 真 …… AI 的软硬件优化：调度与分发、资源优化、框架 改造 ……  LiteOS 会针对终端侧改造当前的技术栈，包括硬件件协同、配套工具构建、基础算法集（不合作伙伴一起实 斲） ……  同时，会考虑现有支撑的场景的算法改造，包括传感、视频不图像、诧音等斱面，结合人工智能的技术，尝试改造 现有的算法，确保其在基本的特性乊上，具备人工智能特征；在这个过程中，将充分拉通传感子系统、Camera 子 系统、诧音子系统等斱面不人工智能子系统的协同；后续会针对丌断拓展的业务场景进行基础算法改造和集成。 2017.thegiac.com
  • 21.“1+N”架构打造领域技术栈提升端云协同的开源开放能力 CBG 终端芯片业务部 CBG 手机产品线/MBB 不家庨产品线 运营商、企业：产品不解决斱案 LPWA Home Vehicle Industry … LiteOS 轻量级 “1 + N” 技术栈 Domain Stack & Open API Runtime Connectivity Engine * Engine  Media Engine AI Engine  Lightweight Kernel  Security Engine Tools LiteOS 端、端管、端云生态 • 端侧：LiteOS Ecosystem • 端 + 管：LiteOS + NB-IoT / eMTC / 5G / Edge Computing… • 端 + 云：LiteOS + IoT Cloud Hisilicon (BVT / STB / DPT / HCT Chipsets, Kirin 9xx Chipset), 3rd Chipset …… 未来3~5年，LiteOS 希望打造端侧领先的连接、传感、智能等“系统级”体验和生态，塑造物联领域的 “Android”！ 2017.thegiac.com
  • 22.目录 1 物联网操作系统的机遇与挑战 2 技术架构演进探讨 3 商业生态架构思考 2017.thegiac.com
  • 23.生态系统正从封闭走向开放，企业的关键能力正在发生变化 开放的含义包括商业概念、研发平台，不仅仅是接口… 设备制 造商 封闭、内生 ++ + 联盟、合作 开放、平台 关键：技术实力 抓手：标准、与利 关键：联盟能力 抓手：标准、与利、 联盟、商业模式 关键：生态系统构建 抓手：用户、数据、 开发者 技术及商业门槛降低，促进生态从内生型向开放性演进 “在仸何一个新的、大的市场上，我 们丌知 道接下 来市场 发展的 斱向， 我们也 丌知道 会有什 么样的 应用， 我们也 丌知道 谁有非 常好的 斱法， 我们唯一能够探索的就是这样一种新 的行业 斱式， 就是创 建一个 生态系 统，让 每个人 都可以 合作创 新，共 同来界 定未来 。” ---- 前《连线》杂志总编，《长尾理论》、《创客》等作者， 3D Robotics公司首席执行官克里斯·安德森 Chris Anderson 2017.thegiac.com
  • 24.共建联接、开放、合作共赢的智慧家庭 B L E协议 音箱 播放 调节音量 选择电台 Z i gbee协议 智能灯泡 打开 调节亮度 调节色温 Z - Wave协议 恒温器 打开 设置温度 非IP协议设备 云平台 多协议网关 路由器 • 低时延，设备快速入网 • 互联互通，协同工作 2017.thegiac.com 6 L owPAN协议 空气检测器 打开 获取PM2.5等 级 PM2.5报警 W i Fi协议 摄像头 打开 设置分辨率 设置定时器 W i Fi协议 空调 打开 设置运行模 式 设置风速 IP协议设备
  • 25.连接+共享单车平台孕育更多商业模式 2017.thegiac.com
  • 26.未来，更广泛的生态与技术覆盖，更多智慧化业务 …… 基于ITU定义的智慧家庭网络业务及终端 1.教育医疗 未来智慧家庨增值业务，消费者体验 远程医疗 2. 媒体娱乐 和价值感知点 端 & 云 智慧家庨业务承载单元， 远程教育 可视购物 4K电视 VR/AR 8K电视 媒体分享 形式多样 可视电话 视频会议 游戏机 游戏 Baby Care 3. 能源不安全 家庨监控 延伸覆盖，智慧家庨和 IOT 互联基础 管 & 端 高速网络接入是智慧家 庨的基石 Zigbee Hub OTT盒子 存储 STB 智能插座 煤气远程监控 自来水控制 WiFi路由器 摄像头 触屏控制 自劢环境调节 家居自劢控制 环境调节 4. 智能家居 智能网关 HA PLC终端 HB 智能厨房 智能门锁 智能家电 HC HD 2017.thegiac.com HA : Home Access HB : Home Bridge HC : Home Client HD : Home Decoder
  • 27.华为开发者使能“沃土计划”：构建更加强大、可持续的生态系统 • 实物支持 • 基金支持 • 解决方案认证 • 开发能力认证 27 创新基金 沃土计划 • 论坛，沙龙，展会支持 • 开发者生态圈拓展 • 销售激励 营销基金 华为认证 开发支持 • OpenLab • Huawei LiteOS 人才培训 • 研发，销售，交付培 训
  • 28.扫码关注GIAC公众号 2017.thegiac.com www.top100summit.com