CN116821043A - 物联网操作系统软硬一体化应用扩展装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种物联网操作系统软硬一体化应用扩展装置及其应用，通过基于物联网操作系统实现，把物联网操作系统的应用与所需要的计算资源硬件封装在一块硬件板卡上，由一块板卡实现同时扩展应用软硬件的能力。实现即插即用，应用也能利用板卡上硬件的计算资源来实际相关功能，在很多的物联网边缘计算场景上，前期不确定业务需求时，采购硬件成本可以比较低，在需要某些特殊硬件计算资源和应用时，可以快速一体化安装实现。

Description

物联网操作系统软硬一体化应用扩展装置及其应用

技术领域

本公开涉及物联网技术领域，尤其涉及一种物联网操作系统软硬一体化应用扩展装置及其安装方法、应用方法和控制系统。

背景技术

物联网操作系统，涉及到硬件和软件的安装和使用。现有物联网操作系统的软件应用主要采取如下以下几种方案：

方案1：软件应用和硬件单独安装，计算机服务器上单独安装某些硬件，再配套安装应用软件；

方案2：硬件专门作为存储介质，存放软件数据，安装到服务器上，由系统来安装软件，硬件本身不提供计算能力，如U盘，移动硬盘之类的存储设备；

方案3：芯片级的处理方案，如SoC和SiP,由芯片硬件实际，芯片本身带有硬件资源和计算能力，同时也会带有部分软件功能实现。

上述方案存在如下技术问题：

针对方案1，现有的技术实现，基本上是软件和硬件分开处理，少量有软硬件一体实现的，在安全级别比较高受限情况下无法安装软件(比如不通网络，不允许插U盘)，软件和硬件版本配套管理也比较麻烦，在物联网操作系统上没有专门的实现方案；

针对方案2，硬件本身不作为应用用到的计算资源一部分，只能作为存储介质，应用安装完成后，硬件本身已经无用；

针对方案3，软件的功能实现，是芯片级的领域功能实现，与物联网终端用户使用的业务功能单元差很大，另外，应用的运行环境也基本在芯片内部，能利用的硬件资源只仅限于芯片。

因此，上述方案不能实现物联网操作系统由一块板卡实现同时扩展应用软硬件的功能。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提出一种物联网操作系统软硬一体化应用扩展装置及其安装方法、应用方法和控制系统。

本申请一方面，提出一种物联网操作系统软硬一体化应用扩展装置，包括：

板卡，其上预置物联网软件包；

硬件接口，设于所述板卡上，用于读写数据文件；

应用管理模块，部署于所述主机的物联网操作系统上，用于加载所述物联网软件包；

所述板卡通过所述硬件接口，将所述物联网软件包读入所述物联网操作系统中，并生成对应的软件应用实例以及设备ID；

所述软件应用实例运行时，通过所述设备ID调用所述板卡中的计算模块进行数据计算处理，并响应所述软件应用实例。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，所述物联网软件包，包括：

待读入并加载于所述物联网操作系统中的应用包；

待读入并加载于所述主机中的驱动包；

其中，所述驱动包括通信驱动和计算驱动。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，还包括：

存储模块，部署于所述板卡上，用于存储所述应用包和所述驱动包。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，还包括：

至少一计算模块，部署于所述板卡上，用于进行数据计算处理。

本申请另一方面，提出一种所述物联网操作系统软硬一体化应用扩展装置的安装方法，包括如下步骤：

将预置好应用包和驱动包的板卡，通过硬件接口插入主机；

识别板卡上的存储模块，并标记存储模块在主机上的第一设备ID；

所述主机读取所述存储模块的驱动包，形成驱动实例，并标记板卡中计算模块在主机上的第二设备ID；

所述主机读取所述存储模块的应用包，形成应用实例；

安装完毕，等待应用运行。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，所述主机读取所述存储模块的驱动包，形成驱动实例，并标记板卡中计算模块在主机上的第二设备ID，包括：

通过物联网操作系统的应用管理模块读取所述存储模块的驱动包；

执行安装，安装对应的驱动包文件到所述主机上，形成驱动实例；

完成驱动安装，主机加载驱动程序，将对应的硬件驱动信息发送于所述物联网操作系统，并将标准的操作系统指令转化成计算模块专用命令；

所述物联网操作系统通过驱动程序识别计算模块，并在所述物联网操作系统上对识别的计算模块进行标记并生成第二设备ID。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，所述主机读取所述存储模块的应用包，形成应用实例，包括：

通过物联网操作系统的应用管理模块读取所述存储模块的应用包；

执行安装，安装对应的应用包文件到所述所述物联网操作系统的运行环境中，形成应用实例；

等待应用执行任务。

本申请另一方面，还提出一种所述物联网操作系统软硬一体化应用扩展装置的应用方法，包括如下步骤：

确定应用任务；

根据应用任务，通过应用实例调用主机寻找第二设备ID，并向驱动实例发送计算任务请求；

驱动实例接收所述计算任务请求，调用板卡中的计算模块进行数据计算处理，并返回计算结果至应用实例；

应用实例接收计算结果，完成任务处理。

本申请另一方面，还提出一种控制系统，包括：

处理器；

用于存储处理器可执行指令的存储器；

其中，所述处理器被配置为执行所述可执行指令时实现所述的应用方法。

本发明的技术效果：

本申请通过基于物联网操作系统实现，把物联网操作系统的应用与所需要的计算资源硬件封装在一块硬件板卡上，由一块板卡实现同时扩展应用软硬件的能力。实现即插即用，应用也能利用板卡上硬件的计算资源来实际相关功能，在很多的物联网边缘计算场景上，前期不确定业务需求时，采购硬件成本可以比较低，在需要某些特殊硬件计算资源和应用时，可以快速一体化安装实现。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。

图1示出为本发明物联网操作系统软硬一体化应用扩展装置的应用系统示意图；

图2示出为本发明物联网操作系统软硬一体化应用扩展装置的安装流程示意图；

图3示出为本发明物联网操作系统软硬一体化应用扩展装置的应用流程示意图；

图4示出为本发明主机应用调用计算模块执行计算任务的调度示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

术语解释：

SoC(System on Chip)：系统级芯片，也有称片上系统，意指它是一个产品，是一个有专用目标的集成电路，其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。

Sip(System In a Package)：系统级封装，是将多种功能晶圆，包括处理器、存储器等功能晶圆根据应用场景、封装基板层数等因素，集成在一个封装内，从而实现一个基本完整功能的封装方案；

主机：本专利内容的主机指一般的计算机服务器/边缘服务器，安装计算机相应的操作系统，如linux系统；

板卡：本专利内容指带有计算模块、存储模块、主板、计算机标准物理接口及相关计算机扩展卡，主要针对于物联网操作系统定制化的计算机设备；

指令集：计算机CPU中用来计算和控制计算机系统的一套指令的集合，而每一种新型的CPU在设计时就规定了一系列与其他硬件电路相配合的指令系统。常见有X86架构的复杂指令集和ARM架构的精简指令集。

本申请把物联网操作系统的应用与所需要的计算资源硬件封装在一块硬件板卡上，由一块板卡实现同时扩展应用软硬件的能力。

实施例1

如图1所示，本申请一方面，提出一种物联网操作系统软硬一体化应用扩展装置，包括：

板卡，其上预置物联网软件包；板卡上主要承载有2个硬件：计算模块和存储模块，计算模块为硬件资源，可以利用计算芯片等进行数据计算；存储模块主要存储驱动和应用软件包，为主机提供应用和驱动；

硬件接口，设于所述板卡上，用于读写数据文件；用户数据读写，可以是USB接口或者其他形式的接口；板卡通过硬件接口插接在主机的插接口上即可；

应用管理模块，部署于所述主机的物联网操作系统上，用于加载所述物联网软件包；物联网操作系统上部署有应用管理模块，可以操作应用管理模块而对应用程序执行运行指令，通过加载的应用软件包的类型不同，可以加载若干不同应用用途的应用程序包；

所述板卡通过所述硬件接口，将所述物联网软件包读入所述物联网操作系统中，并生成对应的软件应用实例以及设备ID；

所述软件应用实例运行时，通过所述设备ID调用所述板卡中的计算模块进行数据计算处理，并响应所述软件应用实例。

本实施例，板卡主要装载应用和驱动的硬件，主要包括：

硬件计算模块(实现包括不仅限于SoC、Sip封装的AI芯片、GPU等硬件计算资源)；

存储模块，里面预置两个对应的基于物联网操作系统的应用(分别是x86平台和arm平台)以及硬件计算模块与主机通信所需的两个驱动(分别是x86平台和arm平台)；

硬件接口(如USB接口)；

除了上述硬件，还可以由用户选择转载：主板以及其他的计算元件，用于承装硬件计算模块、存储模块及硬件接口。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，所述物联网软件包，包括：

待读入并加载于所述物联网操作系统中的应用包；

待读入并加载于所述主机中的驱动包；

其中，所述驱动包括通信驱动和计算驱动。

如图1所示，本申请通过板卡的存储模块储存不同数量和用途的驱动包和应用包，板卡插接在主机上后，可以通过操作物联网操作系统，操作其应用管理模块执行的读写，将板卡存储模块中的驱动包和应用包加载并安装在主机或者物联网操作系统中，以此把物联网操作系统的应用与所需要的计算资源硬件封装在一块硬件板卡上，实现由一块板卡实现同时扩展应用软硬件的能力。

可以实现即插即用，应用也能利用板卡上硬件的计算资源来实际相关功能。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，还包括：

存储模块，部署于所述板卡上，用于存储所述应用包和所述驱动包。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，还包括：

至少一计算模块，部署于所述板卡上，用于进行数据计算处理。

本实施例，计算模块可以采用包括不仅限于SoC、Sip封装的AI芯片、GPU等硬件计算资源，存储模块可以采用内存卡等硬件储存资源等，数量可以由用户自行选择。

下面将描述本申请物联网操作系统软硬一体化应用扩展装置如何安装。

如图2所示，本申请另一方面，提出一种所述物联网操作系统软硬一体化应用扩展装置的安装方法，包括如下步骤：

将预置好应用包和驱动包的板卡，通过硬件接口插入主机；

识别板卡上的存储模块，并标记存储模块在主机上的第一设备ID；

所述主机读取所述存储模块的驱动包，形成驱动实例，并标记板卡中计算模块在主机上的第二设备ID；

所述主机读取所述存储模块的应用包，形成应用实例；

安装完毕，等待应用运行。

首先，将已预置好物联网驱动包和应用包的板卡插入到安装有物联网操作系统的主机插口上，按照计算机设备的标准接口协议(如USB)，主机识别出板卡上的存储模块，并标记存储模块在主机上的第一设备ID(如USB设备按照USB协议标准，USB主机探测到D+/D-线的电压来识别是否有插入的设备，同时通过USB端口设备枚举来识别设备内容)。

本实施例，可以查看计算机接口协议标准，如USB协议，识别完成后，主机会标记新增一个第一设备ID。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，所述主机读取所述存储模块的驱动包，形成驱动实例，并标记板卡中计算模块在主机上的第二设备ID，包括：

通过物联网操作系统的应用管理模块读取所述存储模块的驱动包；

执行安装，安装对应的驱动包文件到所述主机上，形成驱动实例；

完成驱动安装，主机加载驱动程序，将对应的硬件驱动信息发送于所述物联网操作系统，并将标准的操作系统指令转化成计算模块专用命令；

所述物联网操作系统通过驱动程序识别计算模块，并在所述物联网操作系统上对识别的计算模块进行标记并生成第二设备ID。

其次，通过物联网操作系统的应用管理模块操作，读取板卡上存储模块数据内容，读取驱动包文件，并执行安装对应的驱动包文件(不同指令集平台主机操作系统选用不同的驱动包)到主机上，形成驱动实例，完成安装后，主机加载驱动程序，驱动程序把硬件本身的功能信息(比如开始地址、中断号等)告诉给主机上的操作系统(如linux)，同时也将标准的操作系统指令转化成特殊的计算模块专用命令，从而保证硬件设备的正常工作，主机上的操作系统(如linux)通过驱动识别设备后，在主机操作系统上对识别的硬件计算模块标记生成第二设备ID，以供后续运行阶段应用调用计算资源。

作为本申请的一种可选实施方案，可选地，所述主机读取所述存储模块的应用包，形成应用实例，包括：

通过物联网操作系统的应用管理模块读取所述存储模块的应用包；

执行安装，安装对应的应用包文件到所述所述物联网操作系统的运行环境中，形成应用实例；

等待应用执行任务。

最后，通过物联网操作系统应用管理模块，读取板卡存储模块里对应的应用包文件(不同的指令集平台主机操作系统对应不同的应用安装包)，安装应用到物联网操作系统运行环境内，形成应用运行实例。

本实施例，安装时，板卡上可以有一个或多个计算模块，安装驱动后，驱动信息里面都有这些计算模块信息，每个计算模块都有独有的信息(如开始地址、中断号等)，驱动程序与这些设备逐个比较，确定两者是否匹配来识别设备。

需要说明的是，尽管以SoC、Sip等作为示例介绍了如上板卡硬件描述，但本领域技术人员能够理解，本公开应不限于此。事实上，用户完全可根据实际应用场景灵活设定板卡上各个硬件的替换资源，只要可以按照上述技术方法实现本申请的技术功能即可。

实施例2

如图3所示，基于实施例1的实施原理，本申请另一方面，还提出一种所述物联网操作系统软硬一体化应用扩展装置的应用方法，包括如下步骤：

确定应用任务；

根据应用任务，通过应用实例调用主机寻找第二设备ID，并向驱动实例发送计算任务请求；

驱动实例接收所述计算任务请求，调用板卡中的计算模块进行数据计算处理，并返回计算结果至应用实例；

应用实例接收计算结果，完成任务处理。

由板卡承载安装的应用程序(以下简称应用)，大部分运行使用主机硬件资源(CPU、内存、磁盘等)，比如启动，开启应用的一般操作等。安装完毕，进行运行时，主机可以通过安装的驱动实例(驱动程序)和应用实例(应用程序)来完成任务的执行。具体的，应用(应用程序)首先查找计算模块在主机上的第二设备ID，以此调用该第二设备ID在板卡上所对应的计算模块。通过驱动程序向板卡上的计算模块发送任务请求，驱动收到请求后，调用板卡上的计算模块进行计算；计算模块接收任务和任务中的数据，完成计算，计算后将结果返回应用程序。

如图4所示，在应用执行某些确定好需要板卡的计算资源(计算模块)的任务功能(比如AI计算，常见如人脸识别、环境数据预测计算等)时，通过主机的物联网操作系统执行应用程序，通过寻找找到第二设备ID，然后把计算数据传递给第二设备ID，通过驱动程序(主机上的驱动实例)，调度板卡上的硬件计算模块进行数据计算处理，计算模块运行过程中，除了接收请求计算的数据，同样可以访问主机的磁盘数据，计算完成后，把运行结果响应到主机的应用实例(应用程序)，完成相关功能。

本实施例，物联网操作系统上具体执行的应用任务，由用户自行进行决定，本申请提出的该把物联网操作系统的应用与所需要的计算资源硬件封装在一块硬件板卡上的技术方案，由一块板卡实现同时扩展应用软硬件的能力，实现即插即用，应用也能利用板卡上硬件的计算资源来实际相关功能，实现应用扩展，改变物联网硬件的使用局限性。

显然，本领域的技术人员应该明白，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成的，程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各控制方法的实施例的流程。本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成的，程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各控制方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)、快闪存储器(FlashMemory)、硬盘(HardDiskDrive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-StateDrive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

实施例3

更进一步地，本申请另一方面，还提出一种控制系统，包括：

处理器；

用于存储处理器可执行指令的存储器；

其中，所述处理器被配置为执行所述可执行指令时实现所述的应用方法。

本公开实施例来控制系统包括处理器以及用于存储处理器可执行指令的存储器。其中，处理器被配置为执行可执行指令时实现前面任一所述的一种物联网操作系统软硬一体化应用扩展的方法及装置。

此处，应当指出的是，处理器的个数可以为一个或多个。同时，在本公开实施例的控制系统中，还可以包括输入装置和输出装置。其中，处理器、存储器、输入装置和输出装置之间可以通过总线连接，也可以通过其他方式连接，此处不进行具体限定。

存储器作为一计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序和各种模块，如：本公开实施例的一种物联网操作系统软硬一体化应用扩展的方法及装置所对应的程序或模块。处理器通过运行存储在存储器中的软件程序或模块，从而执行控制系统的各种功能应用及数据处理。

输入装置可用于接收输入的数字或信号。其中，信号可以为产生与设备/终端/服务器的用户设置以及功能控制有关的键信号。输出装置可以包括显示屏等显示设备。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (9)

1.物联网操作系统软硬一体化应用扩展装置，其特征在于，包括：

板卡，其上预置物联网软件包；

硬件接口，设于所述板卡上，用于读写数据文件；

应用管理模块，部署于所述主机的物联网操作系统上，用于加载所述物联网软件包；

所述板卡通过所述硬件接口，将所述物联网软件包读入所述物联网操作系统中，并生成对应的软件应用实例以及设备ID；

所述软件应用实例运行时，通过所述设备ID调用所述板卡中的计算模块进行数据计算处理，并响应所述软件应用实例。

2.根据权利要求1所述的物联网操作系统软硬一体化应用扩展的方法，其特征在于，所述物联网软件包，包括：

待读入并加载于所述物联网操作系统中的应用包；

待读入并加载于所述主机中的驱动包；

其中，所述驱动包括通信驱动和计算驱动。

3.根据权利要求2所述的物联网操作系统软硬一体化应用扩展的方法，其特征在于，还包括：

存储模块，部署于所述板卡上，用于存储所述应用包和所述驱动包。

4.根据权利要求1所述的物联网操作系统软硬一体化应用扩展的方法，其特征在于，还包括：

至少一计算模块，部署于所述板卡上，用于进行数据计算处理。

5.权利要求1-4中任一项所述物联网操作系统软硬一体化应用扩展装置的安装方法，其特征在于，包括如下步骤：

将预置好应用包和驱动包的板卡，通过硬件接口插入主机；

识别板卡上的存储模块，并标记存储模块在主机上的第一设备ID；

所述主机读取所述存储模块的驱动包，形成驱动实例，并标记板卡中计算模块在主机上的第二设备ID；

所述主机读取所述存储模块的应用包，形成应用实例；

安装完毕，等待应用运行。

6.根据权利要求5所述的安装方法，其特征在于，所述主机读取所述存储模块的驱动包，形成驱动实例，并标记板卡中计算模块在主机上的第二设备ID，包括：

通过物联网操作系统的应用管理模块读取所述存储模块的驱动包；

执行安装，安装对应的驱动包文件到所述主机上，形成驱动实例；

完成驱动安装，主机加载驱动程序，将对应的硬件驱动信息发送于所述物联网操作系统，并将标准的操作系统指令转化成计算模块专用命令；

所述物联网操作系统通过驱动程序识别计算模块，并在所述物联网操作系统上对识别的计算模块进行标记并生成第二设备ID。

7.根据权利要求5所述的安装方法，其特征在于，所述主机读取所述存储模块的应用包，形成应用实例，包括：

通过物联网操作系统的应用管理模块读取所述存储模块的应用包；

执行安装，安装对应的应用包文件到所述所述物联网操作系统的运行环境中，形成应用实例；

等待应用执行任务。

8.权利要求1-4中任一项所述物联网操作系统软硬一体化应用扩展装置的应用方法，其特征在于，包括如下步骤：

确定应用任务；

根据应用任务，通过应用实例调用主机寻找第二设备ID，并向驱动实例发送计算任务请求；

驱动实例接收所述计算任务请求，调用板卡中的计算模块进行数据计算处理，并返回计算结果至应用实例；

应用实例接收计算结果，完成任务处理。

9.一种控制系统，其特征在于，包括：

处理器；

用于存储处理器可执行指令的存储器；

其中，所述处理器被配置为执行所述可执行指令时实现权利要求8中所述的应用方法。