試論推行硬體作業系統（
hos）的可能性及必要性
呵呵又是乙個新名詞——「硬體作業系統（
hos）」。其最重要特徵是提供一致的可程式設計嵌入式
shell
。圍繞這個
shell
，hos
可以完成什麼功能呢？首先它應該能夠通過一致的命令格式，通過各種通訊協議（如
iic，
uart
，spi
，single line bus
等），開關量採集，模擬量採集等方式訪問管理感測器；其次可以定製和配置系統行為，比如定時訪問感測器，將感測器資料上報，響應鏈路動態優化等；再次簡單智慧型演算法和決策控制的靈活配置執行。
好了，說了怎麼多，首要的問題是感測器五花八門，介面各有不同，有可能做出一致的命令格式來管理它們嗎？答案是肯定的。我在調研時羅列了很多感測器介面大概有這些型別：
iic、
uart
、spi
、single line bus
、0/1
（開關量）、
ad（模擬量）。對於介面採用協議類通訊方式的（如
iic、
uart
、spi
、single line bus
），一般它們的通訊過程可以用狀態機完整描述，借助這個狀態機，我們就可以程式設計實現相應的命令程式，用來管理這個感測器。而對於
0/1型和
ad型的感測器，它們的資料比較單純，但是一般需要配合一些資料處理和加工的動作，這樣才能得到上位機需要的、好用的資料結構。而對於這些處理和加工的動作，嵌入式
shell
也是有能力實現的。這裡以
single line bus
的資料獲取為例做乙個說明。現在市面上的溫濕度感測器多是這種通訊方式。而現在市面上對這個通訊方式的資料獲取一般採用的是傳統
c51上的延時取樣方式。這種方式極不科學，我採用的方式是利用有
capture-or-compare
功能的timer
來高可靠性的獲取資料。資料是獲取到了，但是不同的感測器有不同的資料長度和格式，這個如何用統一的命令格式適配呢？其實只要我們了解過編譯器設計就不難解決這個問題。比如對於溫濕度感測器的訪問命令可以設計成如下樣式：
ccp o_1ms i-30us40% i_80us20% i-80us20% ||=40sum
對於這條命令解釋如下，
ccp
是命令名，表示
capture-or-compare
方式傳送和採集訊號；
」o」表示主動發出訊號，
」i」表示接收訊號；
」_」表示低電平，
」-「表示高電平；後面跟的是持續時間；字串
||=40
定義了bit0
和bit1
的訊號表示，同時知名訊號0和
1加起來一共
40bits
；sum
表示求和校驗。
到這裡惡魔出現了！
ds18b20
也是單匯流排設計，但是它的匯流排定義卻不方便用
capture-or-compare
的方法泡製。於是問題變得大大的複雜了，想要做乙個簡單的嵌入式
shell
，提供一些命令看來是不夠的，我們可能需要乙個嵌入式的程式語言，它可以解釋執行！這時我有點想放棄這個想法，而回歸傳統的方法即在上位機程式設計並燒錄到下位機中。可是我反覆考慮兩種方法，還是覺得應該嘗試採用嵌入式
shell
語言直譯器的方法。這樣更符合物聯網的應用場景——高度動態和可配置。
不知道大家了解過ti的
zigbee
方案沒有，
ti提供的
z-stack
方案中乙個簡單的
switch
節點，編譯完成後就有
230kb
還多，而我們知道那顆晶元最大
flash
也就256kb
。而另一方面，在ti的
timac
方案中採用
beacon
連線方式，編譯完成後只有40多
kb。所以我認為
timac
有更大的、更好的前景。在這個方案中我們可以設計乙個嵌入式
shell
及直譯器，把它控制在
100kb~150kb
。這樣將使感測器節點的使用更加靈活有效，而且可以更好地與上層軟硬體配合，形成高效系統。
到這裡我再設想一下有了這個
shell
和直譯器後的應用場景吧。大家都知道
zigbee
演進有另乙個脈絡——軍事即戰場環境識別與自組織。所以在最初我們可以把這些小感測器像春天播種一樣撒在戰場中，首先它們的行為是一樣的，會感知戰場環境並將資料上報，在軍隊的決策部門或「兵旗」系統中綜合資訊並生成決策同時將命令下達感測器節點，這時各感測器節點收到的命令或程式片段可能是各不相同的，於是它們的行為和功能也被動態地從新配置。這個動態過程會隨著戰場形勢的變化不斷的變化。所以我們可以看到，養兵千日，用兵一時。資訊化條件下的戰爭，你的神經末梢失效了，或者差敵人一籌，可不就只能猴急沒辦法。當然
zigbee
的另乙個主要脈絡是民用的物聯網，同樣有以上場景的需求。所以我認為我們需要把這些底層的東西做紮實了，將來物聯網、智慧型應用等才能建在這個基礎上。
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