不管是從商業(yè)模式導(dǎo)出的業(yè)務(wù)模型，還是從技術(shù)發(fā)展的角度看，文本都傾向于將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)架看作是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)架的延展。而與這個觀念對立的，是傳統(tǒng)嵌入式軟件開發(fā)的視角。

簡單來說，目前的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)架主流是大前端與后端兩個世界：大前端包括Web的JavaScript技術(shù)、Android和iOS技術(shù)，著眼于解決用戶交互；后端包括數(shù)據(jù)庫、服務(wù)構(gòu)架、運維等，著眼于解決存儲、業(yè)務(wù)邏輯、安全與效率等。當然，現(xiàn)在前后端技術(shù)爭相更新，比如業(yè)務(wù)邏輯前置化、微服務(wù)構(gòu)架、JavaScript全?；刃碌慕鉀Q方案也開始模糊前后端的差異。

而物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備端的引入，著實讓這些技術(shù)有點難以歸類，從業(yè)務(wù)性質(zhì)上物聯(lián)網(wǎng)是另外一種前端或是前端的延伸，比如共享單車應(yīng)用中，自行車端的應(yīng)用顯然是跟人交互的另一個業(yè)務(wù)場景，也在為后端源源不斷地提供著數(shù)據(jù)，但是自行車又不像網(wǎng)頁或者App完全是在解決可視化UI的事情。

而且，現(xiàn)在的設(shè)備端開發(fā)技術(shù)跟前端技術(shù)太不像了，由于目前設(shè)備端的物聯(lián)網(wǎng)云平臺開發(fā)技術(shù)都還偏底層，一般來說計算資源如處理能力、本地存儲都非常有限，反而像后端一樣要考慮資源效率。

那么，我們只好為物聯(lián)網(wǎng)單獨命名一個端，不如我們暫時就叫它設(shè)備端。

2.新后端

2.1 MQTT

新后端核心問題在于加入了面向設(shè)備的接入服務(wù)，實際上在這里，除類似視頻對講或是安防監(jiān)控的多媒體實時通道外，這個接入服務(wù)已經(jīng)基本事實化為MQTT。

消息隊列遙感傳輸協(xié)議是在TCP/IP協(xié)議之上使用的，基于發(fā)布/訂閱的“輕量級”消息協(xié)議，目前為ISO標準（ISO/IEC PRF 20922）。它被設(shè)計用于輕量級和低帶寬的遠程連接，發(fā)布/訂閱消息傳遞模式需要消息代理，消息代理負責根據(jù)消息的主題向需要的端發(fā)布消息。

如果需要連接的設(shè)備沒有超過10萬臺，使用8GB內(nèi)存的云主機跑Mosquitto就可以；如果設(shè)備量是幾十萬臺，可以考慮Mosquitto做集群負載均衡；如果設(shè)備量是大幾十萬臺乃至百萬臺以上，那你需要專業(yè)的團隊或?qū)ｉT的投入來維護這件事情，這個細節(jié)就不在本文討論范圍了。

2.2 OTA

固件組件在線升級是必須要做的事情，MQTT傳大文件不靠譜，所以一般傳過去一個帶Token的URL，設(shè)備端去下載就好，HTTP或者HTTPS都可以。業(yè)務(wù)比較簡單，設(shè)備端幾十萬以內(nèi)沒有什么特別的地方。

2.3 數(shù)據(jù)存儲與服務(wù)

Mosquitto作為MQTT的引擎，需要后端按照業(yè)務(wù)邏輯去調(diào)用，這里按照業(yè)務(wù)需求寫好后端邏輯即可。在各種后端語言中調(diào)用Mosquitto都非常簡單。

3.設(shè)備端

設(shè)備端是物聯(lián)網(wǎng)云平臺開發(fā)領(lǐng)域最五花八門并且正在發(fā)展中的地方。其他領(lǐng)域，后端或者前端，經(jīng)過十幾年的發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)每個細節(jié)的主流技術(shù)，基本沒有碎片化的情況，但是在設(shè)備端，開發(fā)技術(shù)的碎片化是應(yīng)用發(fā)展還不到位的充分表現(xiàn)。

舉例講，選用不同的芯片，就要用不同的操作系統(tǒng)，不同的C庫封裝，各家IDE也不盡相同，編譯工具鏈更是從芯片原廠給出。開發(fā)起來呢，寄存器、內(nèi)存分配、硬件中斷都要深入進去。這就是傳統(tǒng)嵌入式開發(fā)的現(xiàn)狀，也是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備端開發(fā)的現(xiàn)狀。

到目前為止，真正生產(chǎn)環(huán)境中用到的語言就是C++/C++，極個別會在設(shè)備端用到Python，基本沒有其他語言。操作系統(tǒng)超過50種，主流的也有10種以上，其中嵌入式Linux份額并不大，各種實時操作系統(tǒng)各具特色，各有一片天地。

簡單總結(jié)一下相對于物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)，傳統(tǒng)嵌入式開發(fā)的方式主要有以下幾個問題：

需要考慮中斷、寄存器、內(nèi)存分配等過于底層的工作；

編譯、燒寫、觀察、借助調(diào)試設(shè)備進行調(diào)試的開發(fā)生命周期；

不同SoC和系統(tǒng)的差異過大；

缺乏代碼復(fù)用與開源的習慣；

開發(fā)者在開發(fā)環(huán)境和固件編譯上花費的時間過多。

所以我們看到設(shè)備端的物聯(lián)網(wǎng)云平臺開發(fā)是基于芯片選型完成的。當設(shè)備端產(chǎn)品面臨一個需求時，現(xiàn)有的流程是判斷產(chǎn)品的各項技術(shù)參數(shù)，從而確定一個芯片，進而使用這個芯片的一整套開發(fā)技術(shù)。這也是早期嵌入式場景使用的芯片自生技術(shù)特性所決定：計算資源（CPU主頻、存儲）、外圍接口、使用溫度、通訊協(xié)議等核心參數(shù)的不同導(dǎo)致芯片碎片化，芯片碎片化導(dǎo)致嵌入式開發(fā)碎片化。

目前這個領(lǐng)域的大趨勢是：物聯(lián)網(wǎng)芯片有望走向趨同，物聯(lián)網(wǎng)云平臺開發(fā)環(huán)境與技術(shù)有望趨同。

3.1 物聯(lián)網(wǎng)芯片

早期由于成本所限，物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域使用的芯片總是表現(xiàn)得非常缺資源，很難找到一個各方面（計算資源、外圍接口、使用溫度、通訊協(xié)議等）都比較合適的芯片去適應(yīng)普遍的場景。隨著半導(dǎo)體門檻逐步降低，中國半導(dǎo)體制造業(yè)逐步成型，芯片資源開始走向富余，其中的代表芯片是MTK的MT7697、MT7688和樂鑫的ESP32。

MT7697主要參數(shù)為：ARMCortex M4 CPU，帶浮點單元，最大主頻192Mhz，內(nèi)存為256KB SRAM，可配置4MB以上的存儲空間，芯片內(nèi)嵌WiFi和BLE 4.2，有足夠的外圍接口，并能夠適應(yīng)工業(yè)級的使用溫度。

MT7688主要參數(shù)為：MIPS 580Mhz CPU，內(nèi)存最大支持256MB，可配置16GB級別的存儲空間，芯片內(nèi)嵌WiFi，接口除模擬接口之外數(shù)字接口豐富，價格在幾十元人民幣，功耗較高不適于電池長期使用。

但是非常有優(yōu)勢的是其提供的Linux開發(fā)環(huán)境，能夠讓開發(fā)者有一種在普通x86機器上使用linux CLI的體驗，Node.js、MySQL、OpenCV、Nginx等等在阿里云上怎么用，在這個幾十塊的物聯(lián)網(wǎng)小模塊上也怎么用。穩(wěn)定性超強，幾年不死機也是正常的。

ESP32的主要參數(shù)為：Tensilica LX6 CP，主頻240 MHz，內(nèi)存為520KB SRAM，可配置4MB以上的存儲空間，芯片內(nèi)嵌WiFi和藍牙以及BLE，有足夠的外圍接口，并能夠適應(yīng)工業(yè)級的使用溫度。

這幾顆芯片共同的特征是計算資源和通訊能力以及接口資源相對于傳統(tǒng)MCU來說有足夠的富余，并保持在同樣的價位。因此，在這類芯片上，有足夠的資源做抽象化的封裝和開發(fā)框架實施。我們看到除了這幾顆芯片原廠提供的傳統(tǒng)嵌入式開發(fā)包之外，社區(qū)和其他廠商已經(jīng)在這幾顆芯片上加快了新開發(fā)技術(shù)的實現(xiàn)。

3.2 開發(fā)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)云平臺開發(fā)技術(shù)目前有兩個比較大的發(fā)展方向，一是統(tǒng)一化的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，二是統(tǒng)一化的物聯(lián)網(wǎng)云平臺開發(fā)框架。他們共同的目的是形成“軟件定義物聯(lián)網(wǎng)”，與傳統(tǒng)從芯片選型開始的，著陸于原廠SDK中完成應(yīng)用開發(fā)，與需求和產(chǎn)品設(shè)計匯合的流程完全相反，希望從需求和產(chǎn)品設(shè)計入手，通過公開統(tǒng)一的軟件構(gòu)架完成開發(fā)，再根據(jù)開發(fā)使用到的資源去落地芯片和外圍設(shè)備。這樣做的好處主要在于提高開發(fā)效率和形成可以復(fù)用的應(yīng)用代碼。

操作系統(tǒng)

雖然市場上存在的設(shè)備端操作系統(tǒng)有數(shù)十種之多，但是我們看到活躍的，明顯向“軟件定義物聯(lián)網(wǎng)”方向發(fā)展的有三家：

Zephyr

Zephyr是Linux基金會于2016年2月發(fā)布的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，背后主要的支持力量來自于ARM和Linaro，具有目前嵌入式小型實時操作系統(tǒng)的普遍特征，比如：輕量到KB級的最小系統(tǒng)內(nèi)存占用，支持多種芯片構(gòu)架：從ARM Cortex-M、Intelx86、ARC（DSP內(nèi)核）、NIOS II（FPGA軟核）到開源的RISCV等，跟Linux一樣的模塊化內(nèi)核組織方式，如圖2所示。

Zephyr目前已經(jīng)升級到V1.7版本，逐步向一個可以用到生產(chǎn)環(huán)境的系統(tǒng)靠攏了。Zephyr最大的特色并不在于其完備性而在于其開發(fā)理念完全來自于“軟件定義物聯(lián)網(wǎng)”，并且有很好的資源支持，在未來應(yīng)該會有自己的位置。

RTthread

RTthread是純國產(chǎn)的小型操作系統(tǒng)，植根于中國的各種使用場景，10年來已經(jīng)確立了自己的地位，在很多行業(yè)有自己的一席之地，目前社區(qū)非?；钴S，核心團隊以創(chuàng)業(yè)公司的形式推進，非常專注。技術(shù)上的特征作為一個成熟的系統(tǒng)，沒有什么可以吐槽的地方。Zephyr有的技術(shù)優(yōu)勢RTT都有，而且RTT在生產(chǎn)環(huán)境的裝機量較為可觀。

華為LiteOS

華為是全球范圍內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的根源廠商之一，LiteOS是一個華為內(nèi)部很多產(chǎn)品都在用的系統(tǒng)，目前也以開源的形式在全力推廣。LiteOS最大的優(yōu)勢在于華為很多根源技術(shù)將利用LiteOS進行輸出，目前最大的例子就是即將全面商用的NB-IoT技術(shù)，設(shè)備端的開發(fā)包將會用LiteOS輸出。

以上幾個系統(tǒng)一致的特點包括小型化、芯片適應(yīng)范圍廣、通信協(xié)議適配比較廣泛等，他們也都是開源的系統(tǒng)，研發(fā)或推動力量比較活躍。有可能在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域里的類似Linux地位的主流操作系統(tǒng)會是其中某個，也或許會一直都存在下去但是在技術(shù)上越來越趨同。

開發(fā)框架

首先解釋一下開發(fā)框架，開發(fā)框架可以小到是一個細節(jié)的工具，也可以大到規(guī)定開發(fā)的全部邊界。最典型的例子是Android，純粹操作系統(tǒng)意義上，Android是Linux的一個分支，但是從App開發(fā)角度，除NDK之外，沒有任何與Linux打交道的地方，所以也把Android叫做操作系統(tǒng)。

再廣泛地看，Android除了面向手機應(yīng)用的開發(fā)框架，還準備了Google play這樣的應(yīng)用分發(fā)渠道，這是開發(fā)者生態(tài)建設(shè)。同理，我們看Node.js在后端的種種開發(fā)模式，也是將所有后端資源都封裝到JavaScript里，開發(fā)時可以隨時npm install各種包來require，解決了代碼復(fù)用問題。

因此我的觀點是，開發(fā)框架以及背后的代碼復(fù)用和開發(fā)者生態(tài)才是真正的操作系統(tǒng)。

目前在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，正在嘗試向生產(chǎn)環(huán)境演進的開發(fā)框架基本都基于JavaScript，而在小型實時操作系統(tǒng)上使用的JavaScript runTIme目前也基本集中到了JerryScript上。JerryScript是三星開發(fā)和開源的一個小資源占用的引擎，內(nèi)存需要64KB，存儲需要200KB即可，能夠?qū)崿F(xiàn)完整的事件驅(qū)動，符合ECMAScript 5.1。

如同前文所說，開發(fā)框架或是操作系統(tǒng)在當下需要包括以代碼復(fù)用為目的的開發(fā)者生態(tài)，甚至需要包括應(yīng)用分發(fā)，所以我們看到在JerryScript的基礎(chǔ)上，有兩家做這類工作的團隊值得關(guān)注：

以上設(shè)備端物聯(lián)網(wǎng)云平臺開發(fā)的一些新的發(fā)展，目前這些新的設(shè)備端開發(fā)技術(shù)，已經(jīng)逐步面向交付轉(zhuǎn)移了。有理由相信經(jīng)過一段時間的發(fā)展，面向效率的商業(yè)模式驅(qū)動下的物聯(lián)網(wǎng)云平臺開發(fā)技術(shù)將迎來一大波更新，從而導(dǎo)向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的真正大發(fā)展。

審核編輯：湯梓紅