專欄介紹

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筆(bǐ)者工(gōng)作(zuò)以來，一直對嵌入式操作(zuò)系統有(yǒu)比較大的興趣，本文(wén)首先簡要介紹目前市場上嵌入式操作(zuò)系統的情況，然後分(fēn)享下在國(guó)内一款RT-Thread 系統上調試網絡攝像頭的收獲。

 

嵌入式操作(zuò)系統是一種用(yòng)途廣泛的系統軟件，通常包括與硬件相關的底層驅動軟件、系統内核、設備驅動接口、通信協議、圖形界面、标準化浏覽器等。該系統負責全部軟、硬件資源的分(fēn)配、任務(wù)調度，控制、協調并發活動。

 

嵌入式操作(zuò)系統與通用(yòng)的操作(zuò)相比較主要特點在于：

1．小(xiǎo)内核，穩定可(kě)靠。

2．需要可(kě)裝(zhuāng)卸、可(kě)裁剪，以便能(néng)靈活應對各種不同的硬件平台。

3．面向應用(yòng)，強實時性，可(kě)用(yòng)于各種設備控制當中(zhōng)。

 

國(guó)際上常見的嵌入式操作(zuò)系統大約有(yǒu)40種左右如：Linux、uClinux、eCos、uCOS-II、VxWorks、pSOS、Nucleus、ThreadX 、Rtems 、QNX、Free RTOS等。随着物(wù)聯網的發展日趨火熱，包括一些大型國(guó)際公(gōng)司也開始布局适用(yòng)于物(wù)聯網硬件的操作(zuò)系統，比如ARM公(gōng)司推出的mbed OS，華為(wèi)公(gōng)司的LiteOS等，國(guó)内一些中(zhōng)小(xiǎo)型廠家也投入其中(zhōng)，比如慶科(kē)公(gōng)司推出的MICO等。

 

物(wù)聯網的發展必然帶來的是智能(néng)硬件的爆發，那麽這些智能(néng)硬件産(chǎn)品突出要解決兩個問題：

 

1）智能(néng)手機和雲端應用(yòng)。智能(néng)硬件多(duō)與手機進行互動，或由手機進行操作(zuò)控制，或借助手機反映出更多(duō)的設備信息；

 

2）智能(néng)硬件不再是孤立的設備，而是與雲連接起來。

 

這些産(chǎn)品的需求主要體(tǐ)現在以下幾個方面：

 

1） 芯片和硬件：各類不同架構和平台的芯片種類繁多(duō)，幾乎每一款智能(néng)硬件的基礎硬件平台都不相同。互聯網時代操作(zuò)系統主要是Windows；移動互聯網時代操作(zuò)系統主要是Android和IOS；到了智能(néng)硬件和物(wù)聯網時代，則很(hěn)難産(chǎn)生一統天下的操作(zuò)系統，于是行業需要各有(yǒu)特色，能(néng)滿足不同需求的操作(zuò)系統；

 

2） 計算，存儲資源：大多(duō)智能(néng)硬件對于成本都有(yǒu)要求，因此計算和存儲資源會非常有(yǒu)限；目前手機上的處理(lǐ)器主頻一般是超過1G，ROM和RAM能(néng)達到64G，4G，而智能(néng)硬件上的計算資源很(hěn)多(duō)是低于100M，ROM和RAM小(xiǎo)于100K字節；

 

3） 傳感器：智能(néng)硬件通過各類傳感器來感知環境，并通過各種不同的傳感器融合算法得出感知的結果；

 

4） 功耗：智能(néng)硬件一般都是使用(yòng)電(diàn)池供電(diàn)，因此需要設備大部分(fēn)時間進入低功耗休眠狀态；

 

5） 聯網：智能(néng)硬件不是單一，孤立的設備，它們需要通過各種有(yǒu)線(xiàn)或者無線(xiàn)的方式與其他(tā)設備和互聯網進行通信，有(yǒu)線(xiàn)方式主要是以太網，串口，無線(xiàn)方式則有(yǒu)WiFI，藍牙，2G/3G/4G，Zigbee， Thread等各種不同标準的協議；

 

6） 安(ān)全：一是指智能(néng)設備自身的可(kě)靠性，二是指設備連接網絡和進行通信的安(ān)全；

 

7） 開機時間和響應速度：電(diàn)腦和手機的開機時間可(kě)以達到幾十秒(miǎo)，但智能(néng)硬件一般需要在上電(diàn)後的幾毫秒(miǎo)内立刻啓動并能(néng)夠運行；

 

智能(néng)硬件的這些需求特點決定了Linux、Android、 IOS不是适合的操作(zuò)系統，智能(néng)硬件需要使用(yòng)RTOS，并且對RTOS提出了更高的要求：

 

1） 需要能(néng)夠支持不同架構的處理(lǐ)器，需要有(yǒu)硬件抽象層和設備管理(lǐ)器來管理(lǐ)不同的硬件設備。

 

2） 能(néng)夠支持計算，存儲資源有(yǒu)限的設備，RTOS本身的ROM和RAM資源占用(yòng)少。

 

3） 具(jù)備傳感器管理(lǐ)框架來管理(lǐ)衆多(duō)的傳感器設備，能(néng)夠提供或者整合感知融合算法。

 

4） 提供低功耗管理(lǐ)機制，來幫助設備進行低功耗管理(lǐ)。

 

5） 網絡特性變成RTOS的基礎标配，需要能(néng)夠支持各種網絡協議，以太網，Wi-FI，藍牙，2G/3G/4G，Zigbee， Thread等。

 

6） 能(néng)夠支持網絡升級功能(néng)，各種加密機制，安(ān)全的套接字功能(néng)。

 

7） 能(néng)夠支持輕量級的顯示UI，音頻和視頻框架和智能(néng)算法。

 

8） 支持POSIX标準，方便移植程序；并且能(néng)夠支持腳本語言開發。

 

筆(bǐ)者的工(gōng)作(zuò)是開發智能(néng)卡相關産(chǎn)品，也認為(wèi)在物(wù)聯網時代，智能(néng)卡作(zuò)為(wèi)安(ān)全認證模塊，必然可(kě)以在物(wù)聯網系統中(zhōng)得到廣泛的應用(yòng)。于是完成工(gōng)作(zuò)任務(wù)之餘，一探這些嵌入式操作(zuò)系統的面目，期望能(néng)将我們的芯片融合其中(zhōng)。下面介紹下我在調試一款系統過程中(zhōng)的收獲。

 

當前市場上有(yǒu)很(hěn)多(duō)成熟的網絡攝像頭産(chǎn)品，這類産(chǎn)品的共同特點就是功能(néng)單一、固定，無法進行二次開發，不支持設備聯動和功能(néng)擴展。與物(wù)聯網的要求相差甚遠(yuǎn)，而基于RT-Thread的IoT-Camera，則為(wèi)創客們提供了一款可(kě)以自己選擇外設傳感器、自己選擇算法、應用(yòng)、控制單元，進行功能(néng)二次開發的無線(xiàn)Camera産(chǎn)品。

 

IoT-Camera即可(kě)編程物(wù)聯網攝像頭，是由RT-Thread的開發團隊專門針對物(wù)聯網應用(yòng)開發的一款實物(wù)産(chǎn)品。其軟、硬件都完全開源，問世之初，便受到了廣大開發者的關注。

 

圖一 IoT-Camera開發闆實物(wù)圖

 

IoT-Camera開發闆上封裝(zhuāng)了Wifi、圖像處理(lǐ)和視頻技(jì )術，為(wèi)使用(yòng)者的二次開發提供了便利。

 

一、RT-Thread嵌入式操作(zuò)系統

 

 

RT-Thread是一款主要由中(zhōng)國(guó)開源社區(qū)主導開發的實時嵌入式操作(zuò)系統，它的開發、維護團隊主要來自中(zhōng)國(guó)國(guó)内。曾獲得“第六屆中(zhōng)日韓開源軟件競賽”技(jì )術優勝獎。目前，國(guó)内已有(yǒu)十多(duō)家企業将RT-Thread成功應用(yòng)到自己的産(chǎn)品中(zhōng)。

 

圖二 RT-Thread軟件結構

 

RT-Thread作(zuò)為(wèi)一款穩定小(xiǎo)巧的實時操作(zuò)系統，包含了硬實施搶占式内核，文(wén)件系統，TCP/IP協議棧，标準的POSIX  API接口，libc接口，圖形用(yòng)戶界面等。

 

二、IoT-Camera開發闆

 

 

IoT-Camera開發闆上運行RT-Thread内核，通過Wifi網絡可(kě)以将攝像頭采集到的數據上傳，用(yòng)浏覽器訪問攝像頭IP地址就可(kě)以看到攝像頭采集到的實時圖像。

 

使用(yòng)時，需要有(yǒu)一張TF卡片，在其根目錄下存儲内核代碼和boot程序固件。開發闆默認在串口上提供交互用(yòng)的命令行。當PC機與開發闆連接後，可(kě)以使用(yòng)PuTTY軟件開配置串口，并啓動交互界面。

 

圖三 PuTTY軟件開啓窗口

 

如上圖所示，串口波特率選擇115200，串口通道根據自己電(diàn)腦的接口選擇（本台電(diàn)腦使用(yòng)的是COM3口）。點擊Open即口啓動操作(zuò)界面。

 

系統啓動後，先從flash加載燒錄好的uboot程序開始執行，接着從TF卡加載存儲的rboot.bin執行，執行地址默認為(wèi)0xA0200000。rboot啓動超時後，自動執行/rboot.sh腳本。

 

圖四 通過shell指令設置rboot啓動地址

 

在rboot.sh中(zhōng)可(kě)以設置系統啓動時使用(yòng)的rtthread.bin所在的位置。如:

boot /rtthread.bin（直接啓動TF卡中(zhōng)的bin文(wén)件）

boot http://192.168.10.246:8000/firmware/rtthread.bin（需預先配置好網絡連接）

配置網絡連接的命令為(wèi)wifi join your_ssid your_passwd。

rtthread.bin啓動後，可(kě)以通過help命令列出rt-thread支持的命令行，默認命令行為(wèi)msh />。

輸入命令mjpeg start，啓動視頻服務(wù)mjpeg server。

 

在PC上打開浏覽器，訪問IoT-Camera的ip地址，即可(kě)看到攝像頭采集到的實時視頻圖像。