工業生產的躍遷和產業升級緊緊依賴于信息技術的發展，而這其中的關鍵技術，就是嵌入式技術，即通過向工業產品或工業制造流程中嵌入計算機系統，給工業裝備和生產系統增加智慧的大腦，有效提高裝備及生產過程的智能化，滿足工業生產對高效、可靠、實時、綠色等諸多方面的苛刻要求，最終實現產品或流程的自動化與智能化。
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智能化應用發展的整體過程和趨勢體現出從外部到內部、從縱向智能向橫向智能發展的特點。從早期一個計算中心、工作站或者服務器運行用于管理手段的PDM、ERP、CRM 等，到技術類的CAD、CAE、CAM、CAPP 等(外部智能，管理手段)，進入到嵌入式計算機(內部智能，實現產品本身的智能化)，然后是依賴處理器性能和算法的提升(特別是多核和邊緣計算)實現智能的縱向提升，再到最近的依賴泛在互聯、云邊協同的橫向協作智能。
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該類嵌入式系統具有獨有的特點:通常對系統的實時性、并行性、可靠性、功耗等方面具有苛刻的要求。另一方面，伴隨著半導體工藝的迅猛發展，現代計算機系統(包括嵌入式系統)的發展趨勢是多核處理器取代單核處理器。同時，很多工業系統在一個硬件平臺上部署多個不同的應用，這些應用通常具有不同的關鍵性，例如飛機和汽車嵌入式系統。
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為實現在嵌入式平臺上搭建滿足不同關鍵性需求的高效、可靠系統，設計者們通常采用虛擬化技術來對不同子系統的功能進行隔離?，F有設計與分析技術以及各類平臺工具，還無法有效地指導設計者有效支持在復雜嵌入式平臺(特別是在云、邊、端協同平臺)上高效、可靠地搭建該類系統，并充分發揮多核及云、邊、端提供的各種異構計算資源和能力。同時，云計算、物聯網、人工智能和區塊鏈等技術與工業智能化融合發展，在“功能與需求復雜性”和“系統結構復雜性”雙重壓力之下，面向工業生產智能化的嵌入式系統開發面臨前所未有的挑戰。面向工業應用的嵌入式實時操作系統，以及圍繞該操作系統的各種中間件和平臺、工具軟件，為開發該類系統提供了極大的便利，因此面向工業應用的實時操作系統是工業軟件的主要代表。
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通過前面的分析不難看出，由于運行的硬件平臺資源有限，一個面向工業應用的實時操作系統應該支持微內核、可裁剪，從工業需求的實時可靠性方面來看應該支持硬實時，以確保安全(功能安全和抵御攻擊的能力)、可靠(完善的容錯功能)。
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同時，作為一個工業嵌入式系統，我們希望它在開機時能夠快速啟動，在出現掉電和系統崩潰等問題時，能夠快速恢復并進入問題出現前的運行狀態，因此Instant power on(快速啟動)也應該是一個面向工業的實時操作系統應該具備的功能。
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在技術層面，面向工業應用的實時操作系統研究還面臨著很多挑戰，例如，在多核發展趨勢下，目前還沒有找到一種像單處理器上應用那樣簡單有效、在操作層面很容易在操作系統上實現的實時調度算法，更沒有類似于單核系統上的簡單有效的資源競爭管理協議(優先級繼承、優先級置頂等)，多核帶來的細粒度共享資源對追求可預測性的實時系統來說，一直是一個很大的挑戰。
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現代工業操作系統，不應僅僅局限于單個產品智能化的封閉嵌入式系統需求，而應該考慮在泛在感知、泛在互聯、泛在智能的人、機、物融合發展趨勢下，工業互聯網環境帶來的新挑戰。例如，云、邊、端協同環境下，在邊緣端(大量的專用嵌入式系統)軟硬件高度耦合、資源有限、硬件異構、操作系統各異或無操作系統、互聯方式各異的情況下，如何實現任務的優化調度和任意遷移? 雖然有很多抽象的理論方面的研究，但在應用層面，特別是面向工業領域應用層面，上述問題尚未得到很好的解決。
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另外一個挑戰來自于行業的準入門檻，工業的各個行業有各自特殊的行業需求，需要有很好的面向行業的中間件或平臺支持，否則，僅僅一個操作系統很難在多個行業應用中發揮作用。
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盡管如此，在巨大的挑戰面前，我們也應該看到面向工業應用的實時操作系統所面臨的機遇。隨著產業數字化和數字產業化的不斷深化，數字經濟將迎來巨大的發展機遇。隨著工業互聯網持續推動數字經濟與實體經濟的深度融合，數字經濟特征已由消費互聯向工業互聯躍升，面向供給側的大量工業互聯網提供了巨大的應用需求。
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同時，工業上所用嵌入式系統(特別是所用的嵌入式處理器)具有與手機等消費類電子產品不同的特點:專用，追求穩定和可靠。在一定時期內，為了系統的穩定可靠，軟件和硬件相對固定，不會為追求性能指標(處理能力和存儲能力)而頻繁更新。雖然芯片的資源有限，但是高端芯片受限的卡脖子問題相對不是那么明顯，當然并不意味著很多行業專用芯片不存在卡脖子問題，只是整體上看，這類系統和芯片的更新相對較慢，這其實也給了我們研究工業嵌入式系統的機會。
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從面向工業應用的實時操作系統生態構建的途徑來看，可參考如下方式:
◆繼承和兼容已有系統，考慮用戶的使用習慣轉變需要一個過程；
◆依靠自身能力，支持更多的芯片和不同的硬件架構(由嵌入式處理器的專用和多樣性決定)，建立和快速更新對各種工業嵌入式芯片的支持，開發支持各種工業總線協議和中間件，開發面向特定行業的嵌入式系統開發平臺；
◆開源，依靠開源社區完善功能，類似Linux；
◆系統免費使用，通過免費使用培養大量的熟悉該操作系統的技術人才和潛在用戶群；
◆與行業領軍企業建立戰略合作，完善面向特定應用的生態建設；
◆與教育機構合作，建立聯合實驗室和課程體系(類似Intel的電子設計大賽、Google的大賽和課程體系)，從學生入手培養技術人才和潛在用戶。
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以上觀點和看法，算是拋磚引玉，希望業內同行和國內華為、國訊芯微、東土科技等龍頭企業，攜手互助，共同努力，順應當前產業發展趨勢，把握新一輪產業發展契機，大力開展以工業實時操作系統和中間件等為代表的國產工業軟件研發，打造我國自主可控的工業軟件體系。?
鄧慶緒
東北大學計算機科學與工程學院教授，計算機學會嵌入式系統專委會副主任。主要研究方向為實時嵌入式系統、可重構計算、信息物理系統。在實時嵌入式系統、物聯網等方向，以負責人身份承擔國家863計劃項目、國家自然基金、國際合作基金、國家重點研發計劃課題等項目30余項。相關成果已獲得14項發明專利，曾獲省技術發明獎一等獎、省科技進步一等獎和國家科技進步二等獎。已在實時嵌入式系統、物聯網、可重構計算等領域的著名國內外期刊和會議上發表論文140多篇。有多篇代表性成果發表于相關領域頂級國際會議RTSS、RTAS、DAC 以及ACM Trans.、IEEETrans.等國際期刊。多次擔任嵌入式實時系統和設計自動化系統國際會議RTSS、DAC等程序委員會委員。
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