试论推行硬件操作系统（HOS）的可能性及必要性

试论推行硬件操作系统（HOS）的可能性及必要性

呵呵又是一个新名词——“硬件操作系统（HOS）”。其最重要特征是提供一致的可编程嵌入式Shell。围绕这个Shell，HOS可以完成什么功能呢？首先它应该能够通过一致的命令格式，通过各种通信协议（如IIC，UART，SPI，single
line bus等），开关量采集，模拟量采集等方式访问管理传感器；其次可以定制和配置系统行为，比如定时访问传感器，将传感器数据上报，响应链路动态优化等；再次简单智能算法和决策控制的灵活配置执行。

好了，说了怎么多，首要的问题是传感器五花八门，接口各有不同，有可能做出一致的命令格式来管理它们吗？答案是肯定的。我在调研时罗列了很多传感器接口大概有这些类型：IIC、UART、SPI、single
line bus、0/1（开关量）、AD（模拟量）。对于接口采用协议类通信方式的（如IIC、UART、SPI、single
line bus），一般它们的通信过程可以用状态机完整描述，借助这个状态机，我们就可以编程实现相应的命令程序，用来管理这个传感器。而对于0/1型和AD型的传感器，它们的数据比较单纯，但是一般需要配合一些数据处理和加工的动作，这样才能得到上位机需要的、好用的数据结构。而对于这些处理和加工的动作，嵌入式Shell也是有能力实现的。这里以single
line bus的数据获取为例做一个说明。现在市面上的温湿度传感器多是这种通信方式。而现在市面上对这个通信方式的数据获取一般采用的是传统C51上的延时采样方式。这种方式极不科学，我采用的方式是利用有Capture-or-compare功能的Timer来高可靠性的获取数据。数据是获取到了，但是不同的传感器有不同的数据长度和格式，这个如何用统一的命令格式适配呢？其实只要我们了解过编译器设计就不难解决这个问题。比如对于温湿度传感器的访问命令可以设计成如下样式：

Ccp O_1ms I-30us40% I_80us20% I-80us20% |{I0=_50us-27us20%,I1=_50us-70us%20}|=40sum

对于这条命令解释如下，ccp
是命令名，表示capture-or-compare方式发送和采集信号；”O”表示主动发出信号，”I”表示接收信号；”_”表示低电平，”-“表示高电平；后面跟的是持续时间；字符串|{I0=_50us-27us20%,I1=_50us-70us%20}|=40定义了bit0和bit1的信号表示，同时知名信号0和1加起来一共40bits；sum表示求和校验。

到这里恶魔出现了！DS18B20也是单总线设计，但是它的总线定义却不方便用capture-or-compare的方法泡制。于是问题变得大大的复杂了，想要做一个简单的嵌入式Shell，提供一些命令看来是不够的，我们可能需要一个嵌入式的编程语言，它可以解释执行！这时我有点想放弃这个想法，而回归传统的方法即在上位机编程并烧录到下位机中。可是我反复考虑两种方法，还是觉得应该尝试采用嵌入式Shell语言解释器的方法。这样更符合物联网的应用场景——高度动态和可配置。

不知道大家了解过TI的zigbee方案没有，TI提供的z-stack方案中一个简单的Switch节点，编译完成后就有230KB还多，而我们知道那颗芯片最大flash也就256KB。而另一方面，在TI的TIMAC方案中采用beacon连接方式，编译完成后只有40多KB。所以我认为TIMAC有更大的、更好的前景。在这个方案中我们可以设计一个嵌入式Shell及解释器，把它控制在100KB~150KB。这样将使传感器节点的使用更加灵活有效，而且可以更好地与上层软硬件配合，形成高效系统。

到这里我再设想一下有了这个Shell和解释器后的应用场景吧。大家都知道Zigbee演进有另一个脉络——军事即战场环境识别与自组织。所以在最初我们可以把这些小传感器像春天播种一样撒在战场中，首先它们的行为是一样的，会感知战场环境并将数据上报，在军队的决策部门或“兵旗”系统中综合信息并生成决策同时将命令下达传感器节点，这时各传感器节点收到的命令或程序片段可能是各不相同的，于是它们的行为和功能也被动态地从新配置。这个动态过程会随着战场形势的变化不断的变化。所以我们可以看到，养兵千日，用兵一时。信息化条件下的战争，你的神经末梢失效了，或者差敌人一筹，可不就只能猴急没办法。当然zigbee的另一个主要脉络是民用的物联网，同样有以上场景的需求。所以我认为我们需要把这些底层的东西做扎实了，将来物联网、智能应用等才能建在这个基础上。

恩上一篇博文我还叫嚷着“断炊”，可是现在我好像有满满的“食粮”可以保我17年温饱。你们呢？需要我分给你们点儿吗？博文中不止一次提先成家后立业的话题了，有人说我啃老。你还真是小瞧我了，我的那么多创新设计一个也没用？真的一文不值吗？我这不是啃老，我这是啃大众、啃社会、啃国家，而成为现在这个状况的始作俑者是谁呢？你们应该好好地端正你们的价值观，深化思想认识，才有能力看清问题，解决问题。