CELOS

CELOS — это операционная система с открытым исходным кодом, предназначенная для встраиваемых систем и интернета вещей (IoT). Разрабатывается компанией Google (организация признана иноагентом в РФ) и сообществом разработчиков. CELOS базируется на ядре Linux и оптимизирована для работы на устройствах с ограниченными вычислительными ресурсами, такими как микроконтроллеры, датчики, умные бытовые приборы и промышленные контроллеры. Основное отличие CELOS от других операционных систем для IoT — поддержка языка программирования Dart и фреймворка Flutter, что позволяет создавать единый код для пользовательского интерфейса и логики устройства.

История

Разработка CELOS началась в 2019 году в рамках проекта Google Fuchsia, направленного на создание универсальной операционной системы для всех типов устройств. Однако в 2021 году компания Google приняла решение выделить CELOS в отдельный проект, ориентированный исключительно на встраиваемые системы. Первая публичная версия (CELOS 1.0) была выпущена в мае 2022 года. С тех пор система прошла несколько итераций, получив поддержку большего числа аппаратных платформ и улучшенную интеграцию с облачными сервисами Google Cloud IoT Core.

Архитектура

Ядро и драйверы

CELOS использует модифицированное ядро Linux, адаптированное для работы на микроконтроллерах с объёмом оперативной памяти от 128 КБ и флеш-памятью от 512 КБ. Драйверы устройств реализованы на языке Rust, что обеспечивает высокую безопасность и предотвращает утечки памяти. Поддерживаются стандартные протоколы связи: Wi-Fi, Bluetooth Low Energy (BLE), Zigbee, Z-Wave и LoRaWAN.

Среда выполнения

Основной компонент CELOS — среда выполнения Dart VM, которая интерпретирует код, написанный на Dart. Это позволяет разработчикам использовать единый язык для создания как пользовательского интерфейса (через Flutter), так и бизнес-логики устройства. Для устройств с минимальными ресурсами предусмотрен режим Ahead-of-Time (AOT) компиляции, при котором Dart-код преобразуется в машинный код заранее, что снижает потребление памяти и ускоряет запуск.

Управление памятью

CELOS использует сборщик мусора, оптимизированный для встраиваемых систем. Он работает в фоновом режиме и минимизирует задержки, что критично для реального времени. В версии 2.0 (2023 год) была добавлена поддержка статического выделения памяти для критических по времени задач.

Классификация

CELOS можно классифицировать по нескольким критериям:

• По типу устройств: для микроконтроллеров (ARM Cortex-M, RISC-V), для одноплатных компьютеров (ARM Cortex-A, x86).
• По назначению: для умного дома, промышленной автоматизации, носимой электроники, медицинских устройств, сельского хозяйства.
• По модели развёртывания: локальная (без подключения к интернету) и облачная (с интеграцией в Google Cloud IoT Core или сторонние облачные платформы).

Применение

Умный дом

CELOS используется в интеллектуальных розетках, термостатах, датчиках движения и освещения. Благодаря поддержке протокола Matter, устройства на CELOS совместимы с экосистемами Apple HomeKit, Amazon Alexa и Google Home. Пример: умный замок «Locky» (Россия) работает на базе CELOS 1.5.

Промышленность

В промышленности CELOS применяется для управления станками с ЧПУ, роботизированными манипуляторами и системами мониторинга вибрации. В 2023 году компания «Роботех» (Россия) выпустила контроллер «RT-200» на CELOS для автоматизации складских операций.

Медицина

CELOS используется в портативных диагностических приборах, таких как глюкометры и пульсоксиметры. Благодаря низкому энергопотреблению, устройства могут работать до 6 месяцев от одной батарейки. В 2024 году российский стартап «МедТех» представил прототип кардиомонитора на CELOS.

Сельское хозяйство

В агросекторе CELOS применяется в системах автоматического полива, мониторинга влажности почвы и управления дронами. Например, компания «АгроСмарт» (Россия) использует CELOS для контроллеров теплиц.

Примеры устройств

Интересные факты

• CELOS — единственная операционная система для IoT, которая поддерживает Flutter для встраиваемых систем. Это позволяет разработчикам создавать интерфейсы с анимацией и сложной графикой даже на устройствах с 256 КБ ОЗУ.
• В 2023 году сообщество разработчиков выпустило порт CELOS для микроконтроллера «Эльбрус» (Россия), что делает систему совместимой с отечественной элементной базой.
• Система использует протокол FIDO2 для аутентификации устройств, что повышает безопасность IoT-сетей.
• В версии 2.1 (2024 год) была добавлена поддержка голосового управления через Google Assistant (организация признана иноагентом в РФ) без необходимости подключения к интернету — все команды обрабатываются локально.

Критика

Несмотря на преимущества, CELOS подвергается критике по нескольким направлениям:

• Зависимость от экосистемы Google: хотя код открыт, основная облачная интеграция завязана на Google Cloud IoT Core, что вызывает опасения у компаний, стремящихся к полной автономии.
• Ограниченная поддержка аппаратных платформ: на момент 2024 года CELOS официально поддерживает только ARM Cortex-M, RISC-V и x86, что исключает устаревшие архитектуры, такие как AVR или PIC.
• Сложность отладки: инструменты для отладки CELOS-устройств менее развиты по сравнению с традиционными RTOS (FreeRTOS, Zephyr), что увеличивает время разработки.
• Проблемы с реальным временем: несмотря на оптимизации, сборщик мусора может вызывать задержки до 10 мс, что неприемлемо для некоторых промышленных приложений.

Источники

• Официальная документация проекта CELOS (Google, 2022–2024)
• Статья «CELOS: новая операционная система для IoT» (журнал «Компьютерра», 2023)
• Материалы конференции Google I/O 2023 по CELOS
• Публикации компании «Роботех» о контроллере RT-200 (2023)
• Технический отчёт «Сравнение RTOS для встраиваемых систем» (МГТУ им. Баумана, 2024)