嵌入式操作系統作為電力終端的“指揮中樞”，負責控制應用程序和資源，是與芯片共建能源互聯網軟硬件生態體系的關鍵。它也像是“地基”，信息就筑在上面的“房屋”里。為了避免硬件終端中的功能、應用變成 “空中樓閣”，智芯公司直面問題根源，致力于突破技術束縛，研發出自主可控的操作系統——“樞紐”系列操作系統，全面覆蓋高中低端芯片硬件平臺。目前，“樞紐”操作系統廣泛應用于電網各環節的終端設備，為新型電力系統建設提供安全可靠的自主解決方案。

“樞紐”操作系統為底層硬件和業務應用賦能

業務驅動，構建安全融合體系

為滿足新型電力系統未來發展需要，2014年智芯公司啟動嵌入式操作系統研發，并將其命名為“樞紐”，希望它成為連接電力終端和業務應用的中樞，成為承上啟下開辟能源互聯網新時代的重要支撐。

“在電力應用場景中，資源沖突和電網安全邊界模糊是我們首要面對的難題。如何解決呢？降低軟硬件依賴是根本，提高云邊協同安全是關鍵。”智芯公司“樞紐”操作系統技術帶頭人李德建表示。

研發團隊以“樞紐”—邊緣操作系統作為首個研發項目，突破嵌入式虛擬化技術，自主研發了虛擬域管理器、應用管理器、設備管理器、系統管理器等關鍵系統服務組件，可全方位感知電力終端的軟硬件健康狀態，為不同業務應用提供虛擬穩定、安全隔離的運行環境，完全滿足邊緣物聯設備多業務運行需求。

虛擬化技術將電力終端的物理資源按實際需要配置成不同的容器，容器內資源共享，容器外資源不可見。不同的業務應用可以靈活地部署在不同的容器中運行，降低了軟硬件依賴，提高了業務應用的可移植性和可擴展性。同時，系統為上層軟件提供統一的調用接口。

“這就仿佛不同品牌和型號的汽車在引擎、懸掛、變速器等方面有各種差異，但對于駕駛者來說，他們只需了解基本的駕駛原則，如踩油門、剎車、轉向，而不需要深入了解每輛汽車的內部機制。”李德建補充道。

2019年“樞紐”—邊緣計算操作系統量產版成功發布，也是“樞紐”系列操作系統蓄力五年后的第一次亮劍。不但獲得中國金融認證中心（簡稱 CFCA）國內安全操作系統最高等級（四級）認證，也在實際運行中有效抵御了如設備控制權獲取、用戶身份盜取等惡意攻擊，提高了電力終端的接入安全管理能力和靈活運行效率。

自主可控，筑牢系統內核基礎

在數字化時代，軟件產業正在引領科技革命和產業變革，操作系統的重要性更加凸顯。長期以來，電力終端操作系統的短板是底層基礎技術不自主。為了實現工業芯片自立自強，操作系統內核自主可控是必須攻克的關鍵難題！“操作系統是軟件體系的基礎，如果將軟件產業比作高樓，那么操作系統就是根基，地基牢固，才能支撐整棟大樓。”操作系統項目負責人王慧表示。

“內核是軟硬件資源分配與調度的核心，要實現操作系統完全自主，統一的架構設計是關鍵難點。”李德建補充道。為實現自主可控的目標，智芯公司加快推進“樞紐”—輕量級自主內核操作系統的研制。

核心技術從來不是別人賜予的，必須依靠自主創新。研發團隊分為多個小組，“多線并行”從不同技術路線進行論證，每個小組在查閱大量國內外文獻和實驗室測試后，將測試結果進行對比、討論、分析，確保制定最佳的技術方案。

研發團隊對“樞紐”操作系統技術路線進行驗證測試

針對多場景下電力終端硬件資源差異巨大的特點，研發團隊設計了插件式、可靈活配置的內核架構，將內核各項功能精心設計為可插拔的組件，針對硬件資源特點進行最優化組合。“這就像是搭積木，除了基礎功能外，可選擇具有不同功能但標準化的組件進行組合，最終制作成形態各異、滿足多場景、不同硬件資源的操作系統。”李德建解釋說。

歷經400個日夜的集中攻關，100余次會議的交流探討，2022年智芯公司成功研制出“樞紐”—輕量級自主內核操作系統。經國內權威檢測機構工信部中國電子信息產業發展研究院認證，該系統內核代碼自主率達到100%，解決了嵌入式操作系統國產化率低、硬件不兼容、安全可靠性亟待提升等難題。

樞紐4.0獲工信部賽寶實驗室功能安全系統檢測認證

增強實時性，賦能工控領域全場景

從產品研發的角度，技術發展的路徑就是“一生二、二生三、三生萬物”的過程。圍繞強實時需求，研發團隊以邊緣操作系統為基礎，通過擴展強實時內核域，設計了實時驅動框架，成功研制“樞紐”—實時雙內核操作系統。經過實際應用，該操作系統不但提升了終端對實時業務響應能力，用戶編程方式與原邊緣計算操作系統一致，用戶友好性與可用性極高。

“樞紐”系列操作系統研發歷程

“樞紐”系列操作系統的研制，進一步提升了電網智能化、電力設備自主化水平。但是自主的操作系統，不僅僅只是運行在實驗室里，它更需要面對市場的考驗。目前，搭載“樞紐”操作系統的各類終端產品已在電力領域實現百萬級部署應用，獲得電力系統客戶廣泛認可，并在軌道交通、石油石化、醫療儀器等領域廣泛應用。

在電力行業，“樞紐”系列操作系統為用電信息采集系統上億電力終端設備在敏感數據存儲與管理、身份認證、數據安全傳輸、業務流程控制等方面保駕護航，保障智能電網在極端復雜應用環境下安全穩定運行。

搭載“樞紐”操作系統的智能融合終端應用于智能電網建設

在其他工業領域，“樞紐”操作系統在車輛信號系統、井下監測設備、呼吸機控制系統、無紙打印機等場景中運行良好，并在未來進一步規模化拓展，為涵養國產操作系統生態，支撐國產操作系統在更多關鍵領域應用打下良好基礎。

擔當作為開新局，奮勇爭先走在前。未來，智芯公司將繼續心懷“國之大者”，深入推進能源革命事業，緊緊圍繞國家電網公司“一體四翼”的發展布局，依托邊緣計算、物聯網、5G、工控實時、人工智能等核心技術，構建軟硬件協同的工控全場景發展生態，全面支撐國家新型電力系統建設。

審核編輯：彭菁