华为鸿蒙操作系统全景解构-申万宏源-20190812.pdf

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SWS 行业深度 RESEARCH 目录 1.华为七年沉淀,发力物联网操作系统“鸿蒙 5 1.1CT领域之“大脑”,得系统者得天下 1.2早期鸿蒙雏形 LiteS就已体现华为发力loT. 2.微内核、方舟编译器是鸿藜生态的两大核心要素 2.1鸿蒙微内核从底层即为物联网设计 10 2.2方舟编译器是鸿蒙的取胜关键 .12 3.借助鸿蒙,华为将成“5G+loT时代的苹果…14 4.鸿蒙将完著华为loT生态,催化产业进程 ebee。Be。Da。Da自e 17 第3页共21页 简单金融成就梦想 SWS 行业深度 RESEARCH 图表目录 图1:操作系统在程序运行的过程中起重要作用 5 图2:操作系统在程序运行的过程中起重要作用 图3:华为早在2012年就已开始研发名为 Lites的物联网操作系统…8 图4:华为已形成 HiLink+ LiteS+芯片的loT“三件套”体系 图5:微内核、方舟编译器是鸿蒙生态的两大核心要素…… 9 图6:华为10年布局多终端系统,为进军物联网做好铺墊∴...10 图7:微内核在结构形式上比宏内核更扁平化,也更灵活 图8:未来基于微内核的鸿蒙操作系统将广泛应用于loT领城….…12 图9:方舟编译器极大精简了开发环节,提升了运行效率… n13 图10: Symbian系统一度获得众多手机大厂支持… 15 图11:但ios强调应用生态,拥有海量开发者支持… 15 图12:包括网络芯片在内,华为海思已形成全系列芯片组平台.16 图13:华为全栈软硬件已在运营商CRM核心系统应用 16 图14:华为5G声明专利量排名居各厂商第一位. 图15:华为已培育车联网、智慧城市、工业三大loT方向……18 表1:国内已岀现一批商用操作系统,且初具生态 7 表2: Lites众多特性表明该系统专为物联网设计 表3:华为loT已形成类似x86领域成体系的芯片家族14 表4:华为产业链部分核心供应商梳理…… 19 表5:重点公司估值表 20 第4页共21页 简单金融成就梦想 SWS 行业深度 RESEARCH 1.华为七年沉淀,发力物联网操作系统“鸿蒙” 1.1ICT领域之“大脑”,得系统者得天下 操作系统(os, Operating Systen)是管理计算机软硬件资源的“大脑”。常见ICT 系统包括硬件和软件两部分,软件又可分为操作系统软件和应用软件。其中操作系统是介 于硬件和应用软件之间的一层重要部分,是管理分配硬件资源、实现应用软件功能的重要 载体。 操作系统在lCT领域扮演重要角色,其作用可从技术、生态两方面佐证: (1)技术角度看,操作系统在程序运行的过程中起重要作用。 一般而言,软件程序的运行需要四大要素1:程序设计语言、编译系统、操作系统、指 令集。粗略理解:①程序设计语言是编程的工具基础,包括常见的C、C++、Java、C#等; ②编译系统的作用是将编写好的程序语言"翻译”成机器能够识别的二进制码;③操作系 统是调度资源、执行程序的“大脑”;④指令集则决定了程序以何种方式来执行。 可作以下类比:硬件相当于高速公路、铁眳等基础设施资源,软件相当于驾驶员/旅窨, 而操作系统则相当于各种类型的交通工具。汽车、火车等交通工貝借助公路、铁路等基础 设施得以行驶,驾驶员/旅客在交通工具上方能到达不同目的地。操作系统则是向下对接硬 件,使硬件资源的存在有实际意义,同时向上承载各类应用程序,得以实现各种应用功能; 编译系统在程序运行的过程中,起到方向盘或导航仪的作用,将驾驶员(软件)的操作(程 序令)转化为车辆的位移(机器语言)。 图1:操作系统在程序运行的过程中起重要作用 程序没计语言 操作系統(加甏器、文件内存 人工编写 高级语言程序 操作系统〔CPU度、进程管理) 编译器和汇编器 程序语言执行坏境 CPU上执行 机器语言程序 指令集结构 操作系统(文件、翰入翰出 结果 资料来源:《操作系统之哲学原理》邹恒明(机械工业出版社),申万宏源研究 《操作系统之哲学原理》邹恒明,机棫工业岀版社 第5页共21页 简单金融成就梦想 SWS 行业深度 RESEARCH (2)生态角度看,总结Win-te与我国自主可控历程,操作系统厂商处于ICT产业 链的核心环节 win-te联盟下,微软股价随Win95、 WinXP等版本的发布屡创新高。19805微软 与英特尔组成Win-te联盟,使得 Windows系统搭配x86的lnte处理器成为PC领域的 绝对主流,二者结合后,在软硬件版本迭代、生产、销售等环节协同,一时形成“双寡头 垄断”的格局。1995年Win95的发布首创了“桌面”的概念,使人机交互界面更加友好; Windows xp的发布进一步稳固了微软在操作系统领域的领先地位。 图2:操作系统在程序运行的过程中起重要作用 Windows xp发布 Win95发布 Office95同步 交付) 资料来源: Bloomberg,申万宏源研究 尽管芯片是ICT生态的底层核心,但 Windows背后庞大的应用生态决定了微软对芯 片商有较高话语权。微软于2018年公布Win10操作系统已拥有3500万个应用、超1.75 亿个软件版本,支持1600万个硬件/驱动组合。微软三十余年积累海量开发者,拥有庞大 的应用基础,因此对芯片架构的选择拥有一定话语权。在ⅹ86以外微软已针对ARM架构 推出新一代操作系统,英特尔以外的芯片商将受益Win生态的拓展。 另外,ICT领域自主可控不仅体现在以芯片为代表的硬件层,更需要操作系统带动生 态可持续。"基础软件的短板主要在操作系统,芯片的短板主要在EDA(电子设计自动化) 设计工具等领域”2。芯片层的创新与投入一直是产业与资本的关注重点,但持续研发需要 商用以及操作系统带动应用软件同步推进,如果没有商用阶段的现金流再投资,则芯片层 的创新难以持续迭代 ?摘自中国工程院院士倪光南2018年8月中国国际智能产业博览会讲话。 第6页共21页 简单金融成就梦想 SWS 行业深度 RESEARCH 表1:国内已出现一批商用操作系统,且初具生态 操作系统 主要技术背景 内核兼容CPU平台 兼容生态 中国电子背景:国防科大、中软、 联想、浪潮等硏制的服务器系统 达梦、人大金仓数据库、湖南上容数据库(SRDB)、 银河麒麟 X86平台 Oracle9/10g/119和 Oracle9i/10g/11gRAC数 中标麒麟 中国软件、华东计算技术研究所 飞腾、龙芯、申据库、 BM Websphere、DB2UDB数据、MQ、 Linux 背景:上海中标发布的民用桌面 威、众志等国产 Bea Weblogic、 BakBone等数据库、中间件 级系统“中标 Linux" CPU平台 金山、永中、瑞星、奇虎360、中晶、维尔、奔图 (2010年银河麒麟早期版本与 龙芯、龙芯梦兰、清华同方等应用 中标Lnux合并) 支持以 Oracle、DB2、 MariaDB、 MySQL为代表 x86、 POWER、的匡际主流数据库,以及以达梦、金仓、神通、南 中国电子、国防科大背景:天津 银河麒麟麒麟的银河麒麟操作系统 SPARC平台;大通用、上容为代表的国产数据库,支持以 Linux 飞腾等国产 (2014年后新成立并推出) Weblogic、 WebSphere、 Tuxedo、 JBOSS、 Tomcat CPU平台 为代表的国际主流中间件,以及以东方通、中创、 金蝶为代表的国产中间件 中国电科背景:普华基础软件股 86、 POWER Oracle、BEA、BM、SAP、 Sybase、人大金仓、 普华 Linux平台 东方通、金蝶、达梦等数据库、中间件; 份有限公司 龙芯、申威 自有中标普华系列应用软件 86、 POWE 平 中科院软件研究所、赛迪背景 Oracle、BEA、BM、SAP、 Sybase、东方通、达 红旗 Linux 中科红旗 Linux(红旗 梦、南大诵用、人大金仓、瀚高等数据库、中间件 Asianux同时支 持龙芯、申威) 基于神威睿智编译器,主要面向高性能计算和通用 神威睿思OS江南计算所(申威)背景 Linux申威 计算领域。 资料来源:各公司公告与官网、技术白皮书,天眼查,申万宏源研究 12早期鸿蒙雏形 Lites就已体现华为发力loT 华为“鸿蒙”概念的公开时点虽受到外部环境影晌,但实际已积淀大量商用经验。 鸿蒙操作系统的发布时点体现重大意义,但并非是“从无到有”的过程,2012年华为就已 开发物联网操作系统 LiteS,并在可穿戴设备、智能家居、车联网、LPwA等领域应用, 是鸿蒙操作系统的雏形。 第7页共21页 简单金融成就梦想 SWS 行业深度 RESEARCH 图3:华为早在2012年就已开始研发名为 Lites的物联网操作系统 发布基士 Huawei 发布基Lite∪S‖L廾 在华为Mate系列、P系列、荣耀 LiteS的 NB LOT 发工具 Liters studio 系列手机、可宇戴设备上批星应 发石 huawei Lite.源版技术方案及实践 用 Kerne源代码廾 2012 20155 2017.3 20185 2014 20169 201/,6 20189 为支持华为终端产品,开发嵌入式 发布 Huawei LiteS,华为正 发布LⅰteOS端 式推出“1+2+1”物联网解决 云协同解决方 左和v2.1版本, 方 发布 LiteS sDK 资料来源:华为 LiteS官网,申万宏源研究 Lites解决物联网应用成本、连接、安全三大痛点,体现华为早期就已探索布局loT 领域 (1)低成本、低功耗。物联网需要海量终端接入,且大多数边缘设备为小型化、可移 动,因此对续航能力与单位成本提出较高要求。 Lites内核小于10k,同时通过MCU和 通信模组二合一的 OpenCP架构,能够显著降低终端体积和终端成本。且超低功耗,甚 至1节5号电池可工作5年。 (2)连接多样。物联网终端在不同场景下需要不同形式的网络连接,尤其进入到5G 时代后,对系统的连接性能和兼容性要求严格。连接拓展性能强,支持6 LOWPAN、WiFi、 BTE、 Zigbee等多种协议,且设备间可以自组网、自发现、互操作,能够满足物联网应用 的不同连接需求 (3)安全。物联网边缘计算需要“云”+“端”协同,互联互通后数据泄露成为物联 网系统的重大隐患。 LiteS以极小体积的内核实现了双向认证、差分升级、DTLS/DTLS+ 等机制。 表2: Lites众多特性表明该系统专为物联网设计 系统关键特性 详情 低功耗框架 Teos是轻量级的物联网操作系统,最小内核尺寸仅为6KB,具备快速启动、低功耗等优势, Tickles机制 显著降低传感器数据采集功耗 专为 LiteS小内核架构设计,满足硬件资源受限需求,比如LPWA场景下的水表、气表、车检器等,通过 OpenCPU架构 MC∪和通信模组二合一的 OpenCPU架构,显著降低终端体积和终端成本。 安全性设计 构建低功耗安全传输机制,支持双向认证、FOTA固件差分升级,DTLS/DπLS+等,构建低功耗安全传输机 制 LiteOS sDK端云互通组件是终端对接到loT云平台的重要组件,集成了LwM2M、CoAP、MQT、mbed 端云互通组件 TLS、LWP等全套loT互联互通协议栈,大大减少开发周期,快速入云。 soTA远程开级SoTA远程升级,通过差分方式降低升级包的尺寸,更能适应低带宽网络环境和电池供电环境,经过特别优 化差分合并算法,对RAM资源要求更少,满足海量低资源终端的升级诉求。 Lites studio是 Lites集成开发环境,一站式开发工具,支持C、C++、汇编等语言,让您快速高效的进 LiteOS Studio 行物联网开发。 资料来源:华为 LiteS官网,申万宏源硏究 第8页共21页 简单金融成就梦想 SWS 行业深度 RESEARCH 未来成熟商用的 LiteS将逐步融入鸿蒙操作系统,逐步增强鸿蒙生态的多终端开发能 力。在鸿蒙之前,华为已形成 HiLink(连接标准)+ Lites(操作系统)+芯片(算力)的 oT"三件套”体系。在这一体系下,华为2C的智能家居、智能手机、手表手环等设备出 货量已累计超过2亿件,2B的水电表、摄像头、单车等设备出货量已累计超过1亿件,拥 有成熟稳定的商用方案。进一步 Lites与鸿蒙结合,将在loT领域形成强大合力 图4:华为已形成 HiLink+ LiteS+芯片的loT“三件套”体系 平台 数据分析B 数据分析H HiLink loT云 云云对接网关 Hilink 智慧生活APP引AP态加载‖1+8多端∪X选配 GU+U口同步生成 开放平台 H未质□路击插平台[统架窄特网关[A边绑计算 Hink5D[智联机初[乓遥协议匚端云联动引嚀[安全 LiteS LiteS 开源内核 能力共享仓库 Maple JS引擎 07片13 海思芯片 s匚 WiFi|oT、 PLC lOT 第三方芯片 资料来源:2019年8月9日华为开发者大会,申万宏源研究 2.微内核、方舟编译器是鸿蒙生态的两大核心要素 鸿蒙从设计之初就为多终端(如边缘计算loT、服务器等)而生,微内核、方舟编译 器作为鸿蒙操作系统生态的两大核心要素 微内核乃操作系统的一种结构形式,将系统实现各功能的模块化,更灵活,易于拓展、 易于维护与更新迭代;编译嚣可视为人与机器的“翻译”,将人的程序语言翻译给计算机 可理解并执行,是人与计算机之间实现沟通的桥梁。 图5:微内核、方舟编译器是鸿蒙生态的两大核心要素 方编译器 微内接 鸿蒙操作系统 不同语言编写的程序均可 鸿蒙可灵活移植并适配于 在鸿蒙中高效执行 不同硬件平台 资料来源:申万宏源研究 华为10年来在编译器与系统内核的布局演进,已经为鸿蒙操作系统和进军物联网做 好了充足的铺垫 第9页共21页 简单金融成就梦想 a sWS 行业深度 图6:华为10年布局多终端系统,为进军物联网做好铺垫 鸡蒙+方舟当前进展 鸿蒙0s1.0 方舟编译器前身正式提出 推出自研编 鸿蒙内核1.0 分有式架枘/方丹译豁/确 推出自研编译器 定时延引擎/TEE微内核刑式 HcG(基站领域) 程话言CM 鸣蒙内核究成技木验证 化验!/多终瑞开发1(Beta) 2009 2014 ?013 2015 2019 创建编译组 Fred Chow加入 成立编译器与编 鸿蒙内核2.0 第一批海内外研 大清华、中科 程话言实验室 用于终端IEE 完人员加入 院博士加入 鸿蒙+方舟天来方向 冯蒙0s1.0 冯蒙0s3.0 基于开源框架关键模坎自研 内核及应用框架自研 软硬协同伏化 分布式架构方舟编译器/确定 通用微闪械罘构/两能 唾直加速文烨系统 时延引擎/TEE微内核形式化 线/支多语统一译/多 软埂件协问尚性能1 检证/多终端开发IDE(Ect 端开发IDE/足车規及祇准 020 2021 智慧屏 创新医产PC 音箱 VR眼镜 永/手环/车机 机 更多设备 资料来源:2019年8月9日华为开发者大会,申万宏源研究 2.1鸿蒙微內核从底层即为物联网设计 微内核与宏内核相对应,是操作系统的一种结构形式。操作系统的核心功能包括文件 系统、内存和丨O设备管理、CPU调度等,宏内核即指操作系统将上述功能全部“打包集 成"在内核里,不同的功能模块之间耦合度高,所以具有高效率的优点,代表系统包括 Linux、 Unⅸx等)。微內核则将系统分为各个小的功能模块,仅将最核心的调度、内存管理功能保 留在内核中,驱动、文件系统等以“外部模块″的形式与内核连接,相应的优势是易于拓 展、易于维护与更新、稳定性高,代表系统包括 Windows、 Mac osⅩ等。 微内核更适应复杂的程序功能,且能够更灵活地移植至不同硬件平台。微内核仅在操 作系统的内核中保留最基本功能,大大降低了内核的开发难度;分布式思维,将非核心的 程序和模块隔离在内核之外,因此当单一程序出现错误时不会影响系统整体功能;同时, 微内核相比宏内核更易于移植,开发、更新周期也得以缩短。 仿照第一部分,同样可作以下类比:若操作系统类比为车辆等交通工具,则不同内核 结构相当于车辆的不同定制方式。宏內核相当于商用整车,而微內核则类似吏持深度定制 车。在行驶过程中,商用整车虽整体运行效率高,但如果某一部件出现故障,则需要专人、 同款备件才能维修;而定制车的很多模块可替代性本身就非常强,且能够通过简单改装在 不同路况下行驶(不同硬件环境)。 第10页共21页 简单金融成就梦想

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    2019-09-10
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