資訊專欄INFORMATION COLUMN
摘要：自年以來，在智能家居市場的驅動下，智能貓眼市場膨脹速度驚人。移動偵測即人體感應當有人經過門前時會自動啟動拍照或者錄像功能記錄來訪者。而實時操作系統內核小巧，對任何中斷指令都可以做到馬上響應，系統啟動時間則只有幾秒鐘。
????隨著人工智能的迅速發展，智能家居的時代已經到來，除了智能安全防盜門、智能門鎖，智能音箱等市場快速增長外，智能貓眼行業異軍突起，成為智能家居板塊的重要品類。房門作為每個房子的入口，其智能化改進空間遠不止門鎖。智能入戶安全是一套解決方案，不僅門鎖需要智能化，貓眼這個需求本身也是和入戶安全息息相關，或許會是智能家居最主要的入口之一。
????據新思界產業研究中心發布的《2019-2025年中國智能貓眼行業市場深度評估及市場前景預測報告》[1]，2017年全球智能家居設備在市場上的銷售量為6.63億臺，預計到2023年，智能家居設備銷售量將達到19.4億臺，超過智能手機銷售量。自2014年以來，在智能家居市場的驅動下，智能貓眼市場膨脹速度驚人。據數據顯示，2016年中國智能貓眼出貨量超過60萬臺，同比增速超過40%，到2017年智能貓眼出貨量超過110萬臺。
????單從這個數據來看倒也不用大驚小怪，但是如果我們換個角度從時間的維度來分析就會發現從2015年線上銷售20萬臺到2017年的110萬臺，短短兩年的時間整個銷售數據卻增加了5倍還多。而目前國內真正具有研發生產能力的電子貓眼廠家卻屈指可數，整個市場已經出現了供不應求的局面，可見電子貓眼行業目前正處于紅利期與爆發期。
????目前的智能貓眼一般具有紅外夜視、移動偵測、Wi-Fi控制等。紅外夜視功能是在子機內置了紅外夜視燈，這樣在晚上也能清晰的看清來訪者。移動偵測即PIR人體感應當有人經過門前時會自動啟動拍照或者錄像功能記錄來訪者。Wi-Fi功能則可以實現手機與貓眼的遠程連接，配合移動偵測功能當有人在門外移動時會自動推送信息到主人的手機上，但是目前具有Wi-Fi功能電子貓眼的功耗普遍較高，待機時間偏短，一個月可能就需要更換一次電池。
????智能貓眼的待機功耗主要是紅外攝像頭及其相應的電路，而移動偵測功能檢測到有人經過門前時會自動啟動貓眼內的攝像頭進行拍攝或者錄像功能記錄來訪者圖像或視頻，并且并且還要顯示在屏幕上；因此，啟動速度將會是影響功耗的重要原因。另外，為了實現防盜或安防的目的，當人體經過時需要即時完成啟動并抓拍圖像；人體經過攝像頭的時間通常可能小于2秒鐘，因此對啟動速度提出了更高的要求。傳統的Linux操作系統雖然全球通用，但也有其難以彌補的缺陷。Linux操作系統有龐大的內核，對任何中斷指令的響應都需要一個復雜的處理過程，對一些需要快速響應的場合顯得有些力不從心，系統重啟更需要好幾十秒。而RTOS實時操作系統內核小巧，對任何中斷指令都可以做到馬上響應，系統啟動時間則只有幾秒鐘。因此如智能貓眼類的IPC（IP Camera）領域大量采用RTOS實時操作系統來保證系統的快速響應與高可靠性。
采用了RTOS實時操作系統的IPC設備可以在無需工作時進入深度休眠，一旦需要再快速啟動，這種真待機功能為IPC設備大大降低功耗，提高IPC設備的待機時間。
????傳統的RTOS操作系統相較于Linux系統具備快速啟動的優勢，啟動時間可以達到1秒以內，如RTT Smart啟動時間可以做到500 ms [2]。但這對于大多電池供電的IPC設備而言，啟動時間仍然過長；因為IPC設備啟動過程的電流高達幾百毫安，因此啟動時間的長短將對IPC設備的電池更換或充電頻率仍然帶來相當嚴重的影響。
圖2-1?Linux
????傳統RTOS的啟動流程如圖2-2所示，啟動過程分成若干階段，每個階段完成不同的初始化操作。設備上電或重啟或喚醒首先進入RESET入口函數，完成必要的CPU工作模式和系統棧初始化操作，接著進入RTOS內核入口再完成一系列硬件初始化操作；這些操作全部串行進行，如圖2-2中完成pre_hw_1_init的初始化操作之后，再進行pre_hw_2_init的初始化操作；另外，硬件的初始化操作大部分都是需要一定時間來等待硬件電路的真正初始化完成，如pre_hw_1_init完成對應硬件寄存器寫入操作之后，還需要等待對應的硬件真正完成初始化之后才可以進行后續硬件pre_hw_2_init的初始化操作，即使pre_hw_1_init和pre_hw_2_init沒有依賴關系。傳統的RTOS啟動模型導致啟動時間的進一步優化相當困難，因為硬件必須要確保真正完成初始化之后才可以進行相關操作，否則會帶來不確定的錯誤。
圖2-2?RTOS
????如果需要進一步降低RTOS的啟動速度，進而降低IPC設備的待機時間，提高IPC設備的用戶體驗，傳統RTOS的初始化模型將舉步維艱。微內核AliOS Things引入了一種新的系統啟動模型，啟動時間相較于傳統RTOS的啟動時間降低一個數量級。
????傳統RTOS的串行化啟動模型，導致不同的初始化過程只能一個接一個的初始化，系統啟動的總時間等于所有操作和等待硬件完成相關設置的時間，如圖2-2中的，而其中大部分時間都是等待硬件完成相關設置的時間。而階段內部的大部分初始化操作都是不相關的，完成可以并行化操作，也即pre_hw_1_init完成相關寄存器的讀寫操作后，在等待與pre_hw_1_init相關硬件完成具體設置的過程中進行pre_hw_2_init的初始化操作，這樣與pre_hw_1_init和pre_hw_2_init相關具體硬件設置等待時間就可以重合，階段的總用時就可以由降低為，模型如圖3-1所示。
?圖3-1 AliOS Things?Bengine模型圖
????Bengine提高初始化注冊接口供系統按照不同的優先級注冊初始化函數，相同優先級的初始化函數之間沒有依賴關系，相同優先級的初始化函數由Bengine根據具體的執行時間負責分組，保證不同不同組之間的初始化函數的總用時均勻分布，同時確保所有高優先級的初始化函數執行完畢之后才會執行次優先級初始化例程。
圖3-2 AliOS Things?Bengine架構圖
????相較于傳統的RTOS啟動流程，Bengine的啟動模型需要相關驅動進行簡單的修改，但不牽涉到具體算法和驅動框架的修改，只是在驅動需要等待硬件完成相關設置時，主動讓出CPU的執行權限（如圖3-3中的紅色標注的 sleep或者?sw_wait_for_sem操作），以便于讓其他初始化獲得執行的機會，具體改造示例如圖3-3所示。
圖3-3 Bengine代碼示例
????采用Bengine加速引擎的微內核AliOS Things與某廠商合作的IPC設備系統啟動時間如圖4-1所示，整個內核+驅動的啟動總用時為57ms左右，相較于傳統RTOS啟動耗時500 ms基本降低了一個數量級；
圖4-1 AliOS ThingsBengine
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