内核代码量不到一万行、GitHub star超5k，国产开源物联网操作系统TencentOS Tiny的探索与实践

嘉宾 | 王佳、汪礼超

作者 | 凌敏

国内物联网操作系统浪潮是从 2015 年前后掀起来的。在此之前，人们更习惯称其为嵌入式操作系统，这也是物联网操作系统的前身。当前，很多物联网操作系统仍是基于传统的嵌入式操作系统内核，与若干物联网相关软件栈组成终端软件平台。

随着物联网在智能家居、汽车、可穿戴设备等多个行业得到广泛应用，物联网操作系统的市场需求日益增长，国内也涌现出了多款受开发者欢迎的本土物联网操作系统。

2019 年 9 月，腾讯物联网操作系统 TencentOS Tiny 正式开源；2020 年 10 月，TencentOS Tiny 捐赠给中国开放原子开源基金会。截至 2022 年 11 月，TencentOS Tiny 在 GitHub 上的 star 数达 5.7k，fork 数量 1.5k，开发者规模达 5000 人。目前，TencentOS tiny 可支撑智慧城市、智能水表、智能家居、智能穿戴、车联网等多种物联网行业应用，能为物联网终端厂家和终端设备提供一站式软件解决方案。

近日，InfoQ 采访了腾讯操作系统研发负责人王佳、腾讯 TencentOS Tiny 项目负责人汪礼超，以期进一步了解 TencentOS Tiny 的发展历程与技术实践。

GitHub 地址：

https://github.com/OpenAtomFoundation/TencentOS-tiny

TencentOS Tiny 的探索与实践

对腾讯而言，做物联网操作系统是一件自然而然的事情。

依托云、安全、AI 等技术创新，腾讯云与智慧产业事业群（CSIG）一直致力于打造智慧产业升级方案，并形成了一条物联网生态链。针对云场景，腾讯早在 2010 年就打造了服务器操作系统 TencentOS Server。随着腾讯云边缘计算业务快速发展，腾讯在 2019 年也启动了边缘操作系统 TencentOS Edge 的研发。

物联网操作系统 TencentOS Tiny 的研发工作则启动于 2018 年。作为物联网生态链底层重要的一环，物联网操作系统在一定程度上能够促进整个物联网的生态，乃至由腾讯主导的产业物联网的发展。对下，物联网操作系统能完善物联网端到端解决方案，实现终端设备的互联互通；对上，能为云上海量数据平台引流，将云端的边缘计算、大数据分析等能力与业务场景相结合，从而使终端设备更加智能化。

对于这款操作系统的定位，腾讯在一开始就想得很清楚：针对 MCU 芯片，打造 B 端生态链的前端操作系统，低功耗，低资源占用。“与其他物联网操作系统相比，我们有自己的特点，比如我们对腾讯云的支持，以及针对物联网嵌入式应用的特性。我们没有把这款物联网操作系统做得大而全，而是选择做极致精简的内核。”汪礼超对 InfoQ 说道。

2019 年 9 月，TencentOS Tiny 正式在 GitHub 上开源，发布不到 1 周便登上了 GitHub 全网开源项目热榜第二的位置。从 2019 年开始，TencentOS Tiny 每年都会举办多场开发者活动，并陆续成立了内核、AI 等多个 SIG 组，其他物联网相关 SIG 组也在筹备当中。2020 年 10 月，腾讯将 TencentOS Tiny 捐赠给中国开放原子开源基金会。目前，TencentOS Tiny 支持硬件平台数量 80+，与 STM32、NXP、瑞萨半导体、华大半导体、沁恒微电子、Nordic、兆易半导体、国民技术、TI MSP、瑞兴恒方、广和通等多家 MCU 和模组厂家达成合作，共同推进物联网终端产品落地商用。

产品架构及技术特性

TencentOS Tiny 的产品架构从下往上依次是主流 MCU 芯片 / 模组、核心基础内核及物联网所需要的联网组件。

底层，MCU 芯片 / 模组包括 STM32 和主流的蜂窝通信模组，提供了驱动框架和外设框架，兼容不同硬件，方便适配不同硬件平台。顶层，提供了物联网常用的功能组件，如文件系统、KV 存储和高级语言引擎框架等等；提供了方便用户调用的业务层 API，业务层上也会提供常用的案例供客户和开发者参考。此外，还内置了安全框架，为终端设备的设备唯一标识、通信链路加密、密钥安全存储提供了保障，防止物联网设备被攻击。

整体而言，TencentOS Tiny 具备三个特性：

1. 内核精简，低资源占用。在产品定位上，TencentOS Tiny 更聚焦在互联网领域，为其提供非常精简的操作系统。据介绍，TencentOS Tiny 内核整体代码量不超过一万行，所有组件也都是可裁减可配置的，能够实现超低资源的占用，降低物联网软件使用成本。IDLE 任务下，最小资源占用仅为 0.6KB RAM、1.8KB ROM。
2. 高效管理框架，功耗低。智慧城市等领域对功耗非常敏感，这也是市场痛点之一。TencentOS Tiny 能动态调整系统功耗，完整包含 MCU 和外围设备功耗管理，用户可以根据业务场景选择可参考的低功耗方案，最小休眠功耗可以达到 uA 级别，有效降低设备耗电，延长设备寿命。
3. 软件架构简洁，可移植性良好。TencentOS tiny 提供多种编译器快速移植指南和移植工具，目前已经支持主流芯片和通信模组，降低开发者使用门槛，有效提升开发效率。

作为底层基础设施，操作系统普遍难以创造直接收益，更多是通过为行业提供解决方案来实现商业化。因此，对物联网操作系统来说，如何打造自身的差异化竞争力是一个需要长期思考的问题。

在汪礼超看来，物联网操作系统需要根据不同的应用场景发挥自身优势，比如在金融场景，安全与否是关键；在能源场景，功耗是首要考虑的问题。根据不同的应用场景，形成对应的解决方案或打造上层软件应用包，这些都是实现商业化的途径。

目前，TencentOS Tiny 的应用场景主要包括 MCU 芯片 / 物联网模组、物联网终端设备厂家以及物联网解决方案：

• 支持主流的 MCU 芯片，如 STM32 NXP 等，支持主流通信模组，如 ESP8266 Wi-Fi、LoraWAN 模组、NB-IoT 模组等；
• 提供完整的终端软件栈，简单易用的端云 SDK 缩短设备厂家的开发周期，进而节省终端产品开发成本；
• 提供一站式软件解决方案，方便各种物联网设备快速接入腾讯云，可支撑智慧城市、智能水表、智能家居、智慧农业、智能穿戴、车联网等多种行业应用。

物联网“碎片化”特性明显，如何做好生态建设？

物联网浪潮的兴起让“万物互联”成了可能。根据 IoT Analytics 的统计及预测，2020 年，全球共有 117 亿台物联网设备，联网设备数量第一次超过了非联网设备；预计到 2025 年，全球物联网设备连接数将超过 300 亿。

与 iOS、Android、Windows 等操作系统不同，物联网操作系统的终端形态差异巨大，不同的行业有着不同的消费终端。随着行业进入高速发展期，物联网以及物联网终端的形态更加复杂，需求呈现多样化，“碎片化”特征也更加明显。

“现在物联网领域最大的问题就是‘碎片化严重’，操作系统作为物联网生态的其中一环，不足以解决整个‘碎片化’难题。不过，我们非常看好万物互联这个方向，也有比较全面的布局。”据王佳介绍，不同于桌面、服务器操作系统提供通用解决方案，物联网操作系统更具针对性，专注的领域更加垂直。

正因如此，要想做好物联网操作系统生态，需要行业形成统一标准，达成技术共识。“有了统一的行业标准后，生态链上的不同角色能够更好地合作互通，降低软硬件适配成本。否则，物联网操作系统生态将一直处于割裂状态。”汪礼超表示，目前在智能家居行业，这一愿景已初步实现——行业在酝酿新的智能家居协议，以解决“碎片化”难题。也许在未来，针对某个行业，会出现行业级别的物联网操作系统“一统江湖”，但归根结底，还是要由市场需求来驱动。

物联网操作系统要想进一步发展，汪礼超认为，行业需要找到共用的一套融合操作系统，或是共建一个融合性的社区，共同推动行业达成共识，一起把蛋糕做大。就像在服务器操作系统领域，大家普遍基于 Linux 内核构建操作系统，在技术栈上能够实现统一。在物联网操作系统领域，也可以形成统一的技术标准，包括硬件接口标准、内核接口标准、物联网协议标准、应用接口标准等。“展望未来，无论是针对细分领域还是针对整个行业，物联网操作系统都需要建立一套标准。这套标准也一定是大家共同建立和维护的。”

在汪礼超看来，除了要形成统一的物联网操作系统行业标准，让不同设备之间可以基于一套标准实现互联互通，在未来，这些趋势 / 方向同样值得关注：

• 微内核。微内核的核心优势是内核精简，可剪裁，能更方便地部署到不同的硬件上。
• RISC-V 架构。作为一种新兴的精简指令集架构，RISC-V 最大的特点是开源免费，降低物联网终端成本，促进物联网操作系统与硬件的结合，加快软件体系发展。
• 车联网。未来新能源汽车有可能彻底取代传统燃油车，并且新能源汽车的智能化程度更高，对软件系统的要求也会更高，在物联网协议、安全、人机交互等方面都将提出更高的要求，这也是物联网操作系统在未来比较大的业务方向之一。