智芯公司为新型电力系统建设提供安全可靠的自主解决方案

嵌入式操作系统作为电力终端的“指挥中枢”，负责控制应用程序和资源，是与芯片共建能源互联网软硬件生态体系的关键。它也像是“地基”，信息就筑在上面的“房屋”里。为了避免硬件终端中的功能、应用变成 “空中楼阁”，智芯公司直面问题根源，致力于突破技术束缚，研发出自主可控的操作系统——“枢纽”系列操作系统，全面覆盖高中低端芯片硬件平台。目前，“枢纽”操作系统广泛应用于电网各环节的终端设备，为新型电力系统建设提供安全可靠的自主解决方案。

“枢纽”操作系统为底层硬件和业务应用赋能

业务驱动，构建安全融合体系

为满足新型电力系统未来发展需要，2014年智芯公司启动嵌入式操作系统研发，并将其命名为“枢纽”，希望它成为连接电力终端和业务应用的中枢，成为承上启下开辟能源互联网新时代的重要支撑。

 

 

“在电力应用场景中，资源冲突和电网安全边界模糊是我们首要面对的难题。如何解决呢？降低软硬件依赖是根本，提高云边协同安全是关键。”智芯公司“枢纽”操作系统技术带头人李德建表示。

 

研发团队以“枢纽”—边缘操作系统作为首个研发项目，突破嵌入式虚拟化技术，自主研发了虚拟域管理器、应用管理器、设备管理器、系统管理器等关键系统服务组件，可全方位感知电力终端的软硬件健康状态，为不同业务应用提供虚拟稳定、安全隔离的运行环境，完全满足边缘物联设备多业务运行需求。

虚拟化技术将电力终端的物理资源按实际需要配置成不同的容器，容器内资源共享，容器外资源不可见。不同的业务应用可以灵活地部署在不同的容器中运行，降低了软硬件依赖，提高了业务应用的可移植性和可扩展性。同时，系统为上层软件提供统一的调用接口。

“这就仿佛不同品牌和型号的汽车在引擎、悬挂、变速器等方面有各种差异，但对于驾驶者来说，他们只需了解基本的驾驶原则，如踩油门、刹车、转向，而不需要深入了解每辆汽车的内部机制。”李德建补充道。

2019年“枢纽”—边缘计算操作系统量产版成功发布，也是“枢纽”系列操作系统蓄力五年后的第一次亮剑。不但获得中国金融认证中心（简称 CFCA）国内安全操作系统最高等级（四级）认证，也在实际运行中有效抵御了如设备控制权获取、用户身份盗取等恶意攻击，提高了电力终端的接入安全管理能力和灵活运行效率。

自主可控，筑牢系统内核基础

在数字化时代，软件产业正在引领科技革命和产业变革，操作系统的重要性更加凸显。长期以来，电力终端操作系统的短板是底层基础技术不自主。为了实现工业芯片自立自强，操作系统内核自主可控是必须攻克的关键难题！“操作系统是软件体系的基础，如果将软件产业比作高楼，那么操作系统就是根基，地基牢固，才能支撑整栋大楼。”操作系统项目负责人王慧表示。

“内核是软硬件资源分配与调度的核心，要实现操作系统完全自主，统一的架构设计是关键难点。”李德建补充道。为实现自主可控的目标，智芯公司加快推进“枢纽”—轻量级自主内核操作系统的研制。

核心技术从来不是别人赐予的，必须依靠自主创新。研发团队分为多个小组，“多线并行”从不同技术路线进行论证，每个小组在查阅大量国内外文献和实验室测试后，将测试结果进行对比、讨论、分析，确保制定最佳的技术方案。

 

研发团队对“枢纽”操作系统技术路线进行验证测试

针对多场景下电力终端硬件资源差异巨大的特点，研发团队设计了插件式、可灵活配置的内核架构，将内核各项功能精心设计为可插拔的组件，针对硬件资源特点进行最优化组合。“这就像是搭积木，除了基础功能外，可选择具有不同功能但标准化的组件进行组合，最终制作成形态各异、满足多场景、不同硬件资源的操作系统。”李德建解释说。

历经400个日夜的集中攻关，100余次会议的交流探讨，2022年智芯公司成功研制出“枢纽”—轻量级自主内核操作系统。经国内权威检测机构工信部中国电子信息产业发展研究院认证，该系统内核代码自主率达到100%，解决了嵌入式操作系统国产化率低、硬件不兼容、安全可靠性亟待提升等难题。

 

枢纽4.0获工信部赛宝实验室功能安全系统检测认证

增强实时性，赋能工控领域全场景

从产品研发的角度，技术发展的路径就是“一生二、二生三、三生万物”的过程。围绕强实时需求，研发团队以边缘操作系统为基础，通过扩展强实时内核域，设计了实时驱动框架，成功研制“枢纽”—实时双内核操作系统。经过实际应用，该操作系统不但提升了终端对实时业务响应能力，用户编程方式与原边缘计算操作系统一致，用户友好性与可用性极高。

 

“枢纽”系列操作系统研发历程

“枢纽”系列操作系统的研制，进一步提升了电网智能化、电力设备自主化水平。但是自主的操作系统，不仅仅只是运行在实验室里，它更需要面对市场的考验。目前，搭载“枢纽”操作系统的各类终端产品已在电力领域实现百万级部署应用，获得电力系统客户广泛认可，并在轨道交通、石油石化、医疗仪器等领域广泛应用。

在电力行业，“枢纽”系列操作系统为用电信息采集系统上亿电力终端设备在敏感数据存储与管理、身份认证、数据安全传输、业务流程控制等方面保驾护航，保障智能电网在极端复杂应用环境下安全稳定运行。

 

搭载“枢纽”操作系统的智能融合终端应用于智能电网建设

在其他工业领域，“枢纽”操作系统在车辆信号系统、井下监测设备、呼吸机控制系统、无纸打印机等场景中运行良好，并在未来进一步规模化拓展，为涵养国产操作系统生态，支撑国产操作系统在更多关键领域应用打下良好基础。

担当作为开新局，奋勇争先走在前。未来，智芯公司将继续心怀“国之大者”，深入推进能源革命事业，紧紧围绕国家电网公司“一体四翼”的发展布局，依托边缘计算、物联网、5G、工控实时、人工智能等核心技术，构建软硬件协同的工控全场景发展生态，全面支撑国家新型电力系统建设。

 

 

        审核编辑：彭菁