总体介绍

对于当前的嵌入式系统，一方面由于硬件越发强大，可以有力支撑Linux等复杂操作系统的运行；另一方面，应用也变得越发复杂， 包含了如互联、AI、迭代升级等方面的越来越多的需求。 需求如此复杂而繁多，实践中也往往需要像Linux这样强大的操作系统来满足。因此，在嵌入式系统中，Linux所应用的场景越来越多，甚至在传统认为像Linux这样的大型操作系统所不能胜任的领域，如传感器、工业控制、航空航天等领域，Linux的身影也越发常见。 但同时也必须认识到，与一般的计算机系统不同的是，嵌入式系统往往有资源限制、功耗限制、实时性、可靠性、安全性等方面的约束，这些约束并没有随着系统的复杂化而变化。受限于自身的复杂架构的Linux并不能很好地满足这些约束， 而以实时操作系统乃至裸金属运行时为代表的相对精简的专用系统，往往更有用武之地。

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在上述背景下，openEuler Embedded旨在成为一个以Linux为中心的综合嵌入式软件平台。如上图所示，openEuler Embedded中各组成部分的关系类似于一个“太阳系”： Linux作为整个星系的中心，提供丰富的生态与功能，而不同的运行时“行星”提供各具特色的功能，如实时操作系统满足硬实时的需求、基于TEE技术的运行时保障信息安全、裸金属运行时可以实现极致性能、嵌入式虚拟化可以实现不同运行时之间的隔离等。openEuler Embedded以Linux丰富的生态与功能、混合关键性系统、分布式软总线、基础设施等为“引力”，把诸多的运行时“行星”与Linux有机地集成在一起。

openEuler Embedded的总体架构如下图所示：

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openEuler Embedded总体架构

  • 南向生态

openEuler Embedded当前主要支持ARM64、x86-64二种架构，支持RK3568、Hi3093、树莓派4B、x86-64工控机等具体硬件，初步支持了ARM32、RISC-V两种架构具体通过QEMU仿真来体现。openEuler Embedded的南向生态正在不断完善中。

  • 融合弹性底座

openEuler Embedded的融合弹性底座是为了在多核片上系统（SoC,System On Chip）上实现多个操作系统/运行时共同运行的一系列技术的集合，包含了裸金属、嵌入式虚拟化、轻量级容器、LibOS、可信执行环境（TEE）、异构等多种实现形态。不同的形态有各自的特点，例如裸金属可以得到最佳的性能、嵌入式虚拟化可以实现更好的隔离与保护、轻量级容器则有更好的易用性与灵活性等等。

  • 混合关键性部署框架

openEuler Embedded的混合关键性部署框架构建在融合弹性底座之上，通过一套统一的框架屏蔽下层融合弹性底座形态的不同，从而实现Linux和其他OS/运行时便捷地混合部署。依托硬件上的多核能力使得通用的Linux和专用的实时操作系统有效互补，从而达到全系统兼具两者的特点，并能够灵活开发、灵活部署。

混合关键性部署框架的组成主要有四大部分：生命周期管理、跨OS通信、服务化框架和多OS基础设施。生命周期管理主要负责从OS(Client OS)的加载、启动、暂停、结束等工作；跨OS通信为不同OS之间提供一套基于共享内存的高效通信机制；服务化框架是在跨OS通信基础之上便于不同OS提供各自擅长服务的框架，例如Linux提供通用的文件系统、网络服务，实时操作系统提供实时控制、实时计算等服务；多OS基础设施是从工程角度为把不同OS从工程上有机融合在一起的一系列机制，包括资源表达与分配，统一构建等功能。

  • 高质量的Linux内核

openEuler Embedded的中心是Linux，当前采用了与openEuler其他场景相同的Linux 5.10内核，该版本内核最长支持周期为6年，未来也将与其他场景协同演进内核。在软件包层面也与内核一样和所有场景共代码、共演进，当前已经支持250+软件包，远期目标是支持尽可能多的openEuler社区软件包。

同时针对嵌入式场景的需求，openEuler Embedded会在内核特性、系统配置、快速启动、软件包组合、镜像裁剪、安全加固、轻量化等方面进行创新，包括但不限于**基于Preempt-RT补丁提供软实时能力、最小OS镜像<5M、小于<5S的快速启动能力**等。

  • 实时操作系统

对于嵌入式系统中的高可靠、高实时、高安全等需求，openEuler Embedded需要借助以实时操作系统为代表的相对精简的专用系统来实现。 openEuler Embedded对实时操作系统的选择是开放的，当前已适配Zephyr、RT-Thread、Uniproton等多种实时操作系统，可以共同部署。

  • 分布式软总线

欧拉和鸿蒙两大社区正积极合作，通过在openEuler Embedded中引入分布式软总线技术，使得鸿蒙设备和欧拉设备能够彼此互联互通，打通鸿蒙和欧拉两大生态。鸿蒙主要面向有强交互等需求的智能终端、物联网终端和工业终端，欧拉主要面向有高可靠、高性能等需求的服务器、边缘计算、云、嵌入式设备，二者各有侧重，通过以分布式软总线为代表的技术相互联通，可以实现“1+1>2”的效果。

  • 工具体系

由于嵌入式系统资源受限，无法像通用系统那样方便地进行开发工作，因此非常依赖开发工具体系的支持。除了嵌入式Linux运行时外，openEuler Embedded的发布件中还包含能够有力支持嵌入式开发工作的SDK(Software Development Kit)，同时近期也会集成与openEuler Embedded配套嵌入式系统仿真方案，未来还计划集成图形化的IDE(Integrated Development Environment)，最终形成一套相对完整的开发工具体系。

  • 维测体系

针对嵌入式系统资源受限、无法像通用系统那样方便地进行优化和调试的现状，openEuler Embedded的维测体系为一个包含了针对嵌入式Linux的调试机制(Debug)、性能优化机制(Optimization)和追踪机制(Trace)在内的相关完善体系，旨在帮助开发者高效地完成相关工作。

  • 基础设施

openEuler Embedded采用的面向嵌入式系统Yocto构建体系，而非openEuler服务器场景的OBS构建体系。虽然实现了内核和软件包在代码层面的共享，但在具体构建上有着巨大的差异，需要专门编写相应的构建文件，这也意味当前openEuler体系中众多软件包的构建规则不能直接应用于嵌入式场景。当前openEuler Embedded已经实现了250+软件包的支持，未来为了实现所有软件包的支持，显然不能把所有的软件包的构建在Yocto下重新实现一遍。因此，openEuler Embedded正在与其他场景共同努力，希望打造一套支持全场景的统一构建系统。

openEuler Embedded的CI/CD主要完成代码检查、门禁构建、每日构建、每周构建、发布构建等功能。

openEuler Embedded的测试框架主要配合CI/CD的流程，完成相应的测试工作，目前相关功能还比较简要，正在不断完善中。

  • 北向生态

openEuler Embedded的北向生态正在起步中，将会与openEuler的相关SIG组与社区伙伴合作不断完善，重点聚焦在工控、机器人、能源等场景。从openEuler 23.03开始，轻量级机器人运行时成为了openEuler Embedded关键特性之一。