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Zephyr:可穿戴操作系统

2017年7月7日
可穿戴设备通常需要一个紧凑的操作系统,如Zephyr,以适应低功耗微控制器。

本文是本文的一部分TechXchangeRTOS:西风项目

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可穿戴设备只是物联网(IoT)的一个领域。健康和健身导向的可穿戴设备往往在这一领域占据主导地位,但一系列外形因素和设备提供了从心率、排汗水平等生物测量到安全信息的一切信息(图1).这些设备中的许多都有显示器,允许它们以独立的方式运行,而且大多数都有某种类型的无线通信支持。

可以在裸金属上运行专用的应用程序。虽然许多这种小型设备使用微控制器来提供低功耗操作,但拥有操作系统可以使编程更容易。它通常有助于提高性能、安全性和安全性,因为操作系统提供的服务已经针对更广泛的环境而不是单个应用程序进行了检查和优化。

1.可穿戴物联网设备可以利用一个紧凑的操作系统,因为它们通常包括一个无线堆栈。

在这个领域,大量的操作系统(os)和实时操作系统(RTOSs)正在争夺开发人员的眼球,包括大量的商业和开源替代方案——即使将物联网纳入其中。这些天的讨论已经不仅仅局限于连接(例如,无线堆栈),现在还包括物联网通信堆栈,这是一个超集。安全性和无线更新等特性需要与操作系统集成。这么小的空间里装了这么多软件。

Linux有时在这个领域发挥作用,但它包括许多更紧凑的操作系统,如手臂mbFreeRTOSNuttX防暴操作系统TinyOS,西风

今天我们来仔细看看Zephyr,它一开始是作为风河系统公司的微内核操作系统。风河专业服务为Zephyr提供商业支持,这是许多开发者想要的。事实上,对于上述列出的其他操作系统,这种类型的支持可以从各种来源获得——这就是为什么商业操作系统通常是物联网应用程序的首选。

西风是什么?

Zephyr现在是一个开源项目。代码可以在一个Apache 2.0许可

在Zephyr 1.60的统一内核上构建,它的架构最初包含一个纳米内核(图2).纳米内核版本是为资源受限的平台设计的,仅使用2 kB的代码空间。微内核版本提供了额外的功能,需要至少50 kB的代码空间。

Zephyr与类似的紧凑操作系统共享许多特性,包括单一地址空间和不支持动态运行时。前者通常是硬件的限制,而后者是一种设计选择,因为大多数设备处理一组固定的应用程序特性。同样,资源在编译时或构建时是固定和定义的。这可以减少内存占用并提高性能。系统通常有最小的运行时错误检查,尽管Zephyr有一个可选的错误检查基础结构,用于在应用程序开发期间调试系统。

统一内核的可伸缩性的一部分是多线程服务,它可以处理基于优先级的非抢占式线程,以及使用可选的轮循时间切片调度程序的抢占式线程。中断服务支持使用中断处理程序的编译时注册。

2.Zephyr最初的纳米内核/微内核平台已经被一个单一的、统一的内核所取代,该内核可以通过配置来处理纳米内核所针对的资源受限环境。此外,它能够提供最初在微内核中找到的所有功能。

Zephyr提供了通常的操作系统服务,比如动态内存分配。线程间同步服务支持二进制信号量、计数信号量和互斥量。线程间数据传递服务使用基本消息队列以及增强的消息队列和字节流。电源管理服务支持无痒空闲。应用程序还可以利用先进的空闲基础设施,从而相应地增加代码大小。

到目前为止,Zephyr看起来很像一个典型的紧凑的操作系统,而事实正是如此。沿着堆栈向上移动,事情变得更加有趣。

Zephyr包括对蓝牙和Wi-Fi等无线堆栈的支持,以及三线和五线串行端口等有线连接。Zephyr还支持标准通信中间件,如LoWPAN,并支持线程组的Thread是由Zephyr项目的技术指导委员会设定的路线图。顺便说一下Linux基金会支持西风。提供加密和加密通信支持TinyCrypt2和mbed的mbedTLS堆栈。

Zephyr的标准中间件部分使其在物联网环境中变得有趣。

静态检查开源项目

我还想提到Zephyr的静态分析方面,因为这在安全和安全性方面非常重要。和许多项目一样,Zephyr是用C编写的。C有很多优点,但它也让程序员搬起石头砸自己的脚,通常是偶然的。

静态分析可以发现许多C程序员经常无意中合并的错误。不幸的是,典型的C/ c++编译器没有提供静态分析工具,可能除了基本的检测之外。

市场上有许多商业静态分析工具。许多商业C/ c++工具集也包含这种支持,例如MISRA C/ c++检查。其中一个商业解决方案来自Coverity的一部分,Synopsys对此

Coverity扫描是Coverity/Synopsys为开源项目提供的免费服务。它可以用于Java、C/ c++、c#、JavaScript、Ruby或Python等开源项目,并包含在Zephyr等平台中。Coverity Scan对每周可以操作的次数有限制,但它将与日常开发一起使用。当然,开发人员可以购买Coverity的工具而不受此限制。

对于物联网开发人员来说,Zephyr只是众多选择之一,他们通常需要处理可穿戴设备等应用程序的资源受限平台。

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