Iot 운영 체제 아키텍처

사물의 인터넷 운영 체제는 커널, 보조 주변 모듈 (파일 시스템, 그래픽 사용자 인터페이스, 통신 스택, 다양한 공통 장치용 드라이버 등) 으로 구성됩니다. ) 및 통합 개발 환경. 이를 바탕으로 일련의 업종별 애플리케이션을 도출할 수 있습니다.

사물의 인터넷 운영 체제는 기존의 개인용 컴퓨터 운영 체제 및 스마트폰 운영 체제와 달리, 다음과 같이 사물의 인터넷 응용 분야에서 몇 가지 고유한 특징을 가지고 있습니다.

사물의 인터넷 운영 체제 커널의 특징

1, 커널 크기가 유연하여 다양한 하드웨어 플랫폼에 적응할 수 있습니다. 예를 들어 극단적인 경우 커널 크기는 메모리 및 CPU 성능이 제한된 센서를 지원하기 위해 10K 내에 있어야 합니다. 이 시점에서 커널은 이미 기본적인 작업 스케줄링 및 통신 기능을 갖추고 있습니다. 또 다른 극단으로 커널은 정교한 스레드 스케줄링, 메모리 관리, 로컬 스토리지, 복잡한 네트워크 프로토콜, 그래픽 사용자 인터페이스 등의 기능을 갖추고 있어야 합니다. 이때 커널의 크기는 필연적으로 수백 K, 심지어 M 급까지 크게 증가할 것이다. 커널 크기의 이러한 확장성은 재컴파일과 이진 모듈 선택적 로드의 두 가지 방법으로 수행할 수 있습니다. 재컴파일 작업은 간단합니다. 다른 애플리케이션 목표에 따라 필요한 기능 모듈을 선택하고 커널을 다시 컴파일하면 됩니다. 이 조치는 커널 크기가 10K 이하인 경우와 같이 커널 사용자 정의가 매우 심층적인 경우에 적용됩니다. 커널 사용자 정의가 깊지 않은 경우에 사용할 이진 모듈 로드를 선택합니다. 이때 운영 체제에서 로드해야 하는 모든 이진 모듈을 나열하는 운영 체제 구성 파일을 유지 관리합니다. 커널 초기화가 완료되면 구성 파일에 따라 필요한 이진 모듈이 로드됩니다. 이를 위해서는 터미널 장치에 하드 드라이브, 플래시 메모리 등과 같은 외부 스토리지가 있어야 합니다. ) 로드 할 이진 모듈을 저장하려면;

2. 커널의 실시간 성능은 핵심 애플리케이션의 요구를 충족시키기에 충분해야 합니다. 대부분의 인터넷 장치는 운영 체제 커널이 실시간이어야 합니다. 왜냐하면 많은 중요한 동작이 제한된 시간 내에 완료되어야 하기 때문입니다. 그렇지 않으면 의미가 없어집니다. 커널의 실시간 성능에는 많은 의미가 포함되어 있습니다. 첫 번째는 인터럽트 응답의 실시간입니다. 외부 인터럽트가 발생하면 운영 체제는 충분한 시간 내에 응답하고 인터럽트를 처리해야 합니다. 둘째, 스레드 또는 작업 일정은 실시간입니다. 작업 또는 스레드의 추가 작업에 대한 리소스 또는 조건이 준비되면 즉시 일정을 잡아야 합니다. 비선점 스케줄링 모드에 기반한 커널은 이러한 실시간 요구 사항을 충족하기가 어렵습니다.

커널 아키텍처는 매우 확장 가능합니다. 사물의 인터넷 운영 체제의 커널은 일부 인터페이스와 사양을 정의하는 프레임워크로 설계되어야 합니다. 이러한 인터페이스와 사양을 따른다면 운영 체제 커널에 새로운 기능과 새로운 하드웨어 지원을 쉽게 추가할 수 있습니다. 사물의 인터넷 응용 프로그램 환경은 광범위한 스펙트럼 특성을 가지고 있기 때문에 운영 체제는 새로운 응용 프로그램 환경에 적응할 수 있도록 확장성이 있어야 합니다. 커널에는 버스 또는 트리 구조에 기반한 장치 관리 메커니즘이 있어야 하며, 장치 드라이버 또는 기타 코어 모듈을 동적으로 로드할 수 있습니다. 또한 커널에는 외부 미디어에 저장된 외부 바이너리 모듈 또는 어플리케이션의 동적 로드 기능이 있어야 하므로 커널을 수정할 필요가 없습니다. 특정 업계 요구 사항을 충족하기 위해 새로운 어플리케이션만 개발하면 됩니다.

커널은 충분히 안전하고 신뢰할 수 있어야합니다. 사물의 인터넷 애플리케이션 환경은 의심할 여지 없이 자동화 수준이 높고 인위적인 개입이 적다는 특징이 있어 커널이 장기간 독립 운영을 지원할 수 있을 만큼 안정적이어야 합니다. 안전은 사물의 인터넷에는 더욱 중요하며, 심지어 국가의 명맥과도 관련이 있다. 예를 들어, 안전하지 않은 커널이 국가 전력망 제어에 적용되면 외부로부터 침입을 당하면 그 영향은 헤아릴 수 없을 것이다. (존 F. 케네디, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 안전명언) 보안을 강화하기 위해 커널은 메모리 보호 (VMM 등), 예외 관리 등의 메커니즘을 지원하여 필요한 경우 오류 코드를 격리해야 합니다. 또 다른 보안 정책은 소스 코드를 열지 않거나 핵심 부분의 커널 소스 코드를 열지 않는 것입니다. 불공평한 오픈 소스 코드는 보안 정책일 뿐 커널이 무료로 적용될 수 없다는 의미는 아닙니다.

5. 충분한 배터리 수명을 지원하기 위해 에너지와 전기를 절약합니다. CPU 가 유휴 상태일 때 운영 체제 코어는 CPU 실행 빈도를 줄이거나 아예 CPU 를 꺼야 합니다. 주변 장치의 경우 작동 상태도 실시간으로 판단하고, 일단 유휴 상태가 되면 절전 모드로 전환해야 한다. 동시에 운영 체제 커널은 실시간 성능에 영향을 주지 않고 시스템 클럭 주파수를 최소화하고 가능한 한 전력을 절약하는 등 인터럽트 주파수를 최소화해야 합니다.

사물의 인터넷 운영 체제 주변 모듈의 특징

주변 장치 모듈은 원격 유지 관리 및 업그레이드와 같은 운영 체제가 사물의 인터넷 응용 프로그램 기능을 수용하기 위해 갖추어야 하는 몇 가지 기능 기능을 말합니다. 파일 시스템, 네트워킹 스택 등과 같은 기능 모듈도 사물의 인터넷 운영 체제 커널의 기능 범위를 확장하기 위해 개발되었습니다. Iot 운영 체제의 주변 장치 모듈 (또는 주변 장치 기능) 은 최소한 다음 조건을 충족해야 합니다.

1. 운영 체제 커널, 장치 드라이버 또는 어플리케이션의 원격 업그레이드를 지원합니다. 원격 업그레이드는 IOT 운영 체제의 가장 기본적인 특징이며 유지 보수 비용을 크게 절감할 수 있습니다. 원격 업그레이드가 완료되면 기존 장치 구성 및 데이터를 계속 사용할 수 있습니다. 업그레이드가 실패하더라도 운영 체제를 원래 운영 상태로 되돌릴 수 있어야 합니다. 원격 업그레이드 유지 관리는 인터넷 운영 체제의 대규모 배포를 지원하는 주요 조치 중 하나입니다.

2. 범용 파일 시스템 및 외부 스토리지를 지원합니다. 예를 들어 FAT32/NTFS/DCFS 와 같은 파일 시스템과 하드 디스크, USB 디스크, 플래시, ROM 등 일반적으로 사용되는 저장 장치를 지원합니다. 외부 스토리지 기능은 네트워크 연결이 끊길 때 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 수집된 데이터는 임시로 저장해 두었다가 네트워크 복구 후 데이터 센터에 업로드할 수 있습니다. 그러나 파일 시스템과 스토리지 구동 코드는 운영 체제의 핵심 코드와 효과적으로 분리되어 쉽게 자를 수 있습니다.

3. 원격 구성, 원격 진단, 원격 관리 등의 유지 관리 기능을 지원합니다. 여기에는 디바이스 매개 변수의 원격 수정 및 운영 정보의 원격 보기와 같은 일반적인 원격 작업 기능이 포함됩니다. 또한 운영 체제 커널의 상태를 원격으로 볼 수 있는 기능, 스레드 또는 작업을 원격으로 디버깅하는 기능, 커널에 이상이 발생할 경우 커널을 원격으로 덤프하는 상태 등 보다 심층적인 원격 작업도 포함되어야 합니다. 이러한 기능은 주변 어플리케이션에 대한 지원뿐만 아니라 커널에 대한 자연 지원도 필요합니다.

4. 완벽한 네트워크 기능을 지원합니다. 사물의 인터넷 운영 체제는 IPv4 및 IPv6 를 포함한 완벽한 TCP/IP 스택을 지원해야 합니다. 이 스택은 재단의 요구에 맞게 유연성과 확장성을 갖추어야 한다. 예를 들어 스택은 IP/UDP 와 같은 프로토콜 기능만 지원하도록 재단하여 코드 양을 줄일 수 있습니다. 텔넷/FTP/IPsec/SCTP 와 같은 다양한 IP 프로토콜 제품군도 스마트 터미널과 높은 보안 및 신뢰성을 갖춘 애플리케이션을 지원합니다.

5. 사물의 인터넷에서 흔히 볼 수 있는 무선 통신 기능에 대한 내장 지원을 제공해야 합니다. 예를 들어 GPRS/3G/HSPA/4G 와 같은 공용 네트워크 무선 통신 기능, 지그비/NFC/RFID 와 같은 근거리 통신 기능, WLAN/ 이더넷과 같은 데스크톱 네트워크 인터페이스 기능을 지원합니다. 이러한 서로 다른 프로토콜은 서로 변환할 수 있어야 하며, 한 프로토콜에서 얻은 데이터 메시지는 다른 프로토콜로 변환된 메시지로 전송할 수 있어야 합니다. 또한 SMS 송수신, 음성 통신, 비디오 통신 등의 기능도 지원해야 합니다.

6, XML 파일 구문 분석 기능을 지원하는 내장. 사물인터넷 시대에는 업종 간, 심지어 같은 업종의 다른 분야 사이에서도 심각한 정보 향유 장애가 발생할 수 있다. XML 형식의 데이터 공유는 이러한 장벽을 깨뜨릴 수 있으므로 XML 표준은 사물인터넷 분야에서 더욱 광범위하게 적용될 것입니다. 인터넷 운영 체제에는 XML 구문 분석에 대한 지원이 내장되어 있어야 하며 모든 운영 체제의 구성 데이터는 XML 형식으로 저장해야 합니다. 또한 산업 자체 정의 XML 형식을 분석하여 산업 변환 기능을 완료할 수 있습니다.

7. 완벽한 GUI 기능을 지원합니다. 인터넷 지능형 터미널은 일반적으로 그래픽 사용자 인터페이스 (GUI) 를 사용하여 사용자와 장치 간의 상호 작용을 수행합니다. GUI 는 그래픽 기능을 쉽게 확장할 수 있도록 완전한 프레임워크를 정의해야 합니다. 또한 텍스트 상자, 버튼, 목록 등과 같은 일반적인 사용자 인터페이스 요소를 구현해야 합니다. 또한 GUI 모듈은 운영 체제 커널과 분리되기 위해 이진 동적 로드 기능을 지원하는 것이 좋습니다. 즉, 운영 체제 커널은 애플리케이션 요구 사항에 따라 GUI 모듈을 동적으로 로드하거나 언로드합니다. GUI 모듈의 효율성은 사용자가 확인을 입력하는 시간부터 특정 동작을 수행하는 시간 (클릭-시작 시간이라고 함) 까지 충분히 짧아야 사용자가 OK 를 클릭할 수 없고 작업을 수행하는 데 오랜 시간이 걸릴 수 있습니다.

8. 외부 스토리지 미디어에서 응용 프로그램을 동적으로 로드할 수 있도록 지원합니다. 사물의 인터넷 운영 체제는 운영 체제가 로드한 주변 모듈에 따라 실시간으로 변경되는 다양한 애플리케이션 호출을 위한 일련의 API 를 제공합니다. 예를 들어 GUI 모듈을 로드하는 경우 GUI 작업에 대한 시스템 호출을 제공해야 하지만 GUI 모듈이 없으면 GUI 함수 호출을 제공하지 않아야 합니다. 동시에, 운영 체제, GUI 와 같은 주변 모듈과 응용 프로그램 모듈은 이진적으로 분리되어야 하며, 운영 체제는 필요에 따라 외부 스토리지 미디어에서 응용 프로그램을 동적으로 로드할 수 있습니다. 이러한 구조는 전체 운영 체제에 강력한 확장성을 제공합니다. 운영 체제 커널 및 주변 장치 모듈 (GUI, 네트워크 등). ) 는 기본적인 지원을 제공하는 반면, 다양한 업계 어플리케이션은 어플리케이션을 통해 구현됩니다. 마지막으로 소프트웨어가 출시되면 운영 체제 커널, 필요한 주변 장치 모듈 및 애플리케이션 모듈만 게시할 수 있습니다.

사물의 인터넷 운영 체제 통합 개발 환경의 특징

통합 개발 환경은 산업 응용 프로그램을 구축하는 핵심 도구이며, 인터넷 운영 체제는 산업 응용 프로그램에 적합한 응용 프로그램을 개발하기 위해 편리하고 유연한 개발 도구를 제공해야 합니다. 개발 환경은 충분히 성숙해야 하며 애플리케이션 출시 기간 (GTMT) 단축에 널리 사용되어야 합니다. 통합 개발 환경에는 다음과 같은 특성이 있어야 합니다.

1. IOT 운영 체제는 프로그래머가 호출할 수 있는 풍부하고 유연한 API 를 제공해야 합니다. 이 API 세트는 C/C++, Java, Basic 등의 프로그래밍 언어와 같은 여러 언어를 지원할 수 있어야 합니다.

기존 통합 개발 환경을 최대한 활용하는 것이 가장 좋습니다. 예를 들어 Eclipse 및 Visual Studio 와 같은 통합 개발 환경을 사용할 수 있습니다. 이러한 통합 개발 도구는 광범위한 응용 기반을 갖추고 있으며 인터넷에서 직접 좋은 기술 지원을 받을 수 있습니다.

3. 통합 개발 환경뿐 아니라, 사물의 인터넷의 특수한 요구를 충족하기 위해 컴팩트한 애플리케이션 형식 (Windows 의 PE 형식과 유사) 을 정의하고 구현해야 합니다. 통합 개발 환경에서 생성된 코드는 사용자 정의 통합 개발 환경을 통해 이 형식을 따를 수 있습니다.

4, 응용 프로그램 개발 및 디버깅을 용이하게하는 도구 세트를 제공하십시오. 예를 들어 응용 프로그램 다운로드 도구와 원격 디버깅 도구를 제공하여 전체 개발 프로세스를 지원합니다.

위에서 언급한 인터넷 운영 체제의 커널, 주변 모듈 및 애플리케이션 개발 환경은 모두 다음 수준의 산업 애플리케이션을 지원하는 지원 플랫폼입니다. 산업 응용 프로그램은 결국 생산성을 창출하는 소프트웨어이지만, 사물인터넷 운영 체제는 산업 응용 프로그램의 강력한 성장과 장기적이고 효과적인 생존의 기초이다. 강력하고 유연한 사물인터넷 운영 체제가 있어야만 사물인터넷의 나무가 풍성한 열매를 맺을 수 있다.