導語

之前的幾篇文章我們已經介紹過物聯網的各種無線技術，包括近距離通信的無線技術，比如藍牙、WiFi、Zigbee，也有遠距離無線通信技術，如GPRS、LoRa、NB-IoT等。

除了通信，物聯網終端節點還具有一定計算能力和感知能力，一部分終端節點還具有執行能力。今天我們就來聊一下物聯網終端設備。

物聯網終端節點組成

物聯網終端設備一般由通信接口、MCU、傳感器和執行器組成。

• 如果把物聯網終端看作是一個人，那通信接口相當於嘴巴，主要是用來信息交流的。物聯網的通信方式主要是無線，當然也可能是有線，這要看具體的應用場景。

• 傳感器相當於人的眼睛、耳朵、鼻子、舌頭這些感知器官，用來接收外界的刺激。物聯網節點所使用的傳感器包括聲、光、電、氣等各種不同類型。

• 執行器相當於人的四肢。接收MCU的指令，然後根據MCU的命令來執行任務。執行器一般是繼電器、開關，也可能是電機等。

• MCU是物聯網節點最重要的部分，相當於人的大腦，控制著傳感器、執行器和通信接口。典型的工作方式是這樣的，一邊接收傳感器的信息，並上傳到雲端；一邊接收雲端的指令，再根據指令來控制執行器。

談談MCU

什麼是MCU？

微控制單元(MCU：Microcontroller Unit) ，又稱單片微型計算機(Single Chip Microcomputer )或者單片機。

MCU就是我們常說的單片機，開發嵌入式系統的核心部件。嵌入式系統（Embedded System）是一個很寬泛的概念，主要是相對於計算機而言，是一種尺寸受限、功耗受限的特殊類型的計算機，小到手錶，大到手機，都可以認為是嵌入式系統。

其實物聯網節點就是一種嵌入式系統，只不過嵌入式系統不一定要有通信能力，不要求一定要接入網絡，這是與物聯網節點的最大區別。

8051單片機誕生於1980年

以前用的最多的單片機就是Intel 8051系列單片機，51單片機幾乎是每個電子類專業大學生的必修課。基於8051內核的單片機是8位的處理器，工作頻率比較低，因此處理性能非常有限，但在過去對於絕大多數嵌入式應用已經完全勝任了。

Cortex-M3芯片組成示意圖

不過隨著技術的進步，更高處理能力的ARM芯片價格越來越低，甚至於要比51單片機還低。現在基於Cortex-M系列ARM內核的MCU已經逐漸在應用中取代了51單片機。

用於物聯網應用的ARM芯片的主頻更高，處理能力更強，一般都是32位的。現在的物聯網應用所使用的傳感器精度更高，而且也有更大的數據量要求，還有很多情況下，需要執行多任務。傳統51單片機就有些力不從心了。

物聯網終端的軟件

剛才說的通信接口、傳感器、執行器，還有MCU都是硬件，但物聯網終端節點光有硬件，沒有軟件是沒法工作的。這種嵌入式設備上面運行的軟件，或者說嵌入式軟件，一般都是在出廠前燒寫到芯片中，在這之後通常不會改動。

嵌入式軟件一般保存在EROM（可擦寫只讀存儲器）或EEPROM，通常也稱作固件（Firmware）。

早期的嵌入式軟件一般功能比較單一，沒有操作系統的概念。平時一般只有一個無限循環的任務在運行；當有外部輸入時，會觸發中斷，然後掛起當前運行的主任務；先處理中斷任務，中斷任務處理完，再回到主任務繼續執行。這樣的工作方式稱為前後臺系統。

嵌入式操作系統的典型構成

後來隨著嵌入式系統的複雜性不斷增加，嵌入式系統需要有多任務執行的併發能力，這種前後臺的工作方式已經不能滿足需要了。需要有一個程序來管理多個任務的執行順序，給多個任務分配資源，並創造運行環境，這個程序就是嵌入式操作系統。

嵌入式操作系統和我們平時用到的Windows、Linux、Android、iOS等其實是一回事，只不過嵌入式操作系統的尺寸沒有這些PC操作系統或手機操作系統那麼龐大，受到存儲空間、成本的限制，通常大小隻有幾十KB或者幾KB。

一些嵌入式操作系統是在Linux操作系統基礎上裁剪而成，還有一些做了實時性方面的改造；還有一些操作系統是獨立設計和開發的。微軟公司歷史上也開發過不少面向嵌入式設備的Windows Embedded系列，其中應用最廣泛的就是Windows CE。

結語

在後面的文章，我們會和大家詳細介紹各種目前應用比較廣泛的嵌入式操作系統，這些操作系統都可以用於各種各樣的物聯網終端節點中，不過具體如何選擇，還要結合整體方案綜合考慮。

想了解更多關於物聯網操作系統，請繼續關注“微說互聯網”以及縱論物聯網系列文章。