嵌入式技术带动开源Linux操作系统的发展

 

　　Linux是一类Unix计算机操作系统的统称。Linux操作系统的内核的名字也是"Linux".Linux操作系统也是自由软件和开放源代码发展中着名的例子。严格来讲，Linux这个词本身只表示Linux内核，但在实际上人们已经习惯了用Linux来形容整个基于Linux内核，并且使用GNU工程各种工具和数据库的操作系统。Linux得名于计算机业余爱好者LinusTorvalds.

　　今日电子：嵌入式微处理器作为嵌入式系统的器件，对嵌入式设备的性能起着关键作用。在嵌入式微处理器领域，您认为近几年出现了哪些新技术？嵌入式微处理器有哪些发展方向？

　　MIPS科技公司市场总监Mark Throndson:横向技术，像32位微控制器和FPGA将随着广泛应用继续走向繁荣。对于FPGA,小批量的产品更为适合。对于大批量的垂直应用，我们将看到像在数字电视的SoC上集成MIPS处理器那样继续采用定制ASIC.

　　不管业务模式如何，多核就是这样。摩尔定律不能为明天的嵌入式应用继续提供增加裕量，尤其是在融合的消费电子设备。在这些设备中，性能要求一直在不断增加。多核可以并行多项工作并降低功耗。我们的MIPS32 1004K一致多处理系统中的多线程使多核解决方案更加有效。

　　软件工程成本每年都在以大约20%~25%的速度递增，而超过50%的设计成本都是在90nm及以下的软件。这种趋势意味着公司必须更多地利用标准IP核来保持竞争优势。越来越多的软件还意味着强大的调试工具非常重要。在线仪器尤其重要，因为它可改善深层子系统及其接口的可视性。没有这种可视性，设计人员就无法满足成本和上市时间的要求。

　　MIPS技术公司是一家设计制造高性能、次及嵌入式32位和64位处理器的厂商，在RISC处理器方面占有重要地位。1984年，MIPS计算机公司成立。1992年，SGI收购了MIPS计算机公司。1998年，MIPS脱离SGI,成为MIPS技术公司。MIPS公司设计RISC处理器始于二十世纪八十年代初，1986年推出R2000处理器，1988年推R3000处理器，1991年推出款64位商用微处器R4000.之后又陆续推出R8000（于1994年）、R10000（于1996年）和R12000（于1997年）等型号。

　　赛灵思亚太区市场与应用总监张宇清：嵌入式微处理器是嵌入式系统的器件。根据用途，可分为以下四种：嵌入式微控制器（MCU），嵌入式微处理器（EMPU），嵌入式DSP处理器（DSP）和嵌入式片上系统（SOC）。嵌入式微处理器市场已成为众家必争之地，有如近英特尔Atom处理器将与ARM在嵌入式领域正面冲突。英特尔希望进一步降低Atom处理器成本，也意味着该公司试图从消费性电子、嵌入式、手持式与当红的Netbook等四个领域，吸引更多客户。

　　赛灵思公司（NASDAQ:XLNX）是完整可编程逻辑解决方案的领导厂商，占有该市场超过一半以上的份额，2008年度赛灵思公司的收入为19.1亿美元。赛灵思屡获殊荣的各种产品，包括硅片、软件、IP、开发板、入门套件，可使设计者为多种终端市场提供应用并大大缩短上市时间，包括航天/国防、汽车、消费类、工业和有线/无线通讯等。赛灵思公司总部设在美国加州圣何塞，并在科罗拉多、爱尔兰、日本和新加坡设有重要的运营设施。赛灵思于1990年在纳斯达克公开上市（NASDAQ:XLNX），并在之后的每个财年都拥有良好的运营现金流。2008财政年度，公司在亚太区的收入占了总收入的29%.

　　Microchip高性能单片机部产品营销经理Lucio Di Jasio:出于对技术的慎重，嵌入式控制市场较之个人电脑业始终略显保守。举例来说，嵌入式控制应用固守5V技术，因而几年来应用的体积始终不尽如人意。近，这样的情况大有改观。3V及更低电压的技术几乎已经遍及所有的应用领域，只有一部分汽车应用仍采用5V技术。采用较低的电压促使应用体积的缩小，进而可以提高集成度。8位单片机领域已经发生了翻天覆地的变化。如今，对于8位单片机而言，带有128KB闪存，既具有种类繁多的传统数字和模拟外设（定时器、PWM和ADC等），又能提供以太网和全速USB接口，已经不是什么稀罕事了，而在过去这些往往是大很多的架构才有的"".16位领域也经历了类似的变革，在较为传统的单片机架构中融入了DSP功能（这种新的器件称为DSC,即数字信号控制器），从而实现更高的性能，而价位又是大多数电机控制和数控电源应用承担得起的。然而，近两年根本的创新当属32位单片机这一旨在满足型嵌入式控制应用而设计的新产品，32位单片机不仅经济高效而且易于使用。

　　Microchip Technology Incorporated（纳斯达克股市代号：MCHP）是的单片机和模拟半导体供应商，为数以千计的消费类产品提供低风险的产品开发、更低的系统总成本和更快的产品上市时间。Microchip公司自成立以来，就密切关注嵌入控制半导体产品市场。为了占领市场，集中了所有的技术、设计、生产、销售等各方面资源发展了两大拳头产品：PIC8位单片机（MCU）和高品质的串行EEPROM.到目前为止，Microchip公司已推出微控制器外围设备、模拟产品、RFID智能卡、KEELOQ保安产品，可设计出更全面，更具价值的嵌入控制系统方案，以满足用户日益增长的需求

　　麦克泰公司董事长何小庆：嵌入式处理器和微控制器（MCU）的界限变得模糊，二者体系架构都在向着ARM、X86 SoC发展，处理能力已经接近桌面电脑；嵌入式处理器的功耗越来越低，未来嵌入式智能装置可以长效和不间断地运行，超低功耗处理器和技术发展空间很大；互联网将改变传统嵌入式处理器设计和应用，面向互联网和Web2.0的嵌入式处理器将大有可为。

　　京麦克泰软件技术有限公司系中美合作企业， 1995 年在北京成立， 2000 年在上海设立办事处，公司长期致力于引进国外先进嵌入式软件产品，产品主要包括Abatron BDI3000/BDI2000 通用JTAG仿真器，J&D CodeViser手机ARM仿真器，Computex ARM、SH、Xilinx仿真器，Signum ARM和DSP JTAG仿真器；IAR 的8位、16位、ARM、CodeFire 软件工具，USI LinuxScope Linux内核开发调试器，CodeSourcery Sourcery G++集成开发工具，新一代Atollic ARM平台集成开发工具；MontaVista Linux操作系统开发平台，Micrium μC/OS-II/μC/OS-III单片机操作系统及组件FS,GUI,USB,CAN等，测试软件Parasoft以及其它中间件软件包：Interniche网络协议栈，Unicoi网络协议栈和实时流媒体协议及VoIP解决方案，瑞典Mimer嵌入式数据库，Goahead embeddedMIND网络管理软件；EmbeddedPlanet PowerPC OEM板卡，Innovative Integration TI DSP数据采集单板；SystemVue 和Genesys通信和射频设计软件等近20余种软件和工具产品。

　　今日电子：嵌入式操作系统是嵌入式设备与用户交流的接口，目前有哪些主流的嵌入式操作系统？您比较看好哪些操作系统的发展？

　　MIPS科技公司副总裁Rick Leatherman:SoC的操作系统要求初是由小占位空间的实时操作系统（RTOS）提供的，如ThreadX、Integrity、VxWorks、Nucleus和QNX等。随着消费电子的需求，如机顶盒、DVD和数字电视及其功能的不断扩展，作为嵌入操作系统的Linux开始获得青睐。在小占位空间RTOS仍在广泛采用的同时，Linux迅速增长，现已成为消费产品领域广泛采用的操作系统。由于对潜在的Linux应用没有限制，大多数的分析师认为在可以预见的将来它将成为主要的操作系统。

　　MIPS架构一直得到了卓越的小占位空间的实时操作系统的广泛支持。随着Linux越来越多获得市场认可，很明显MIPS架构是天作之合，必须记住MIPS架构初是为运行UNIX而设计的，Linux是UNIX的直系后裔。MIPS架构确实是完美的Linux引擎。

　　张宇清：主流的嵌入式操作系统有Windows CE、Symbian、嵌入式Linux、VxWorks、uC/OS等。目前各种嵌入式Linux操作系统正迅速发展，已经形成了能与Windows CE等嵌入式操作系统进行有力竞争的局面。嵌入式Linux操作系统的迅速崛起，主要由于人们对自由软件的渴望与嵌入式系统应用的特制性，要求提供系统源码层次上的支持，而嵌入式Linux正适应了这一需求，它不仅具有开放源代码、系统内核小、效率高、内核网络结构完整的有点，且裁减后的系统很适于如信息家电等嵌入式系统的开发。嵌入式Linux操作系统的产品化及可靠性是目前受制约的一个重要因素。

　　WindowsCE作业系统是Windows家族中的成员，专门设计给掌上型电脑（HPCs）所使用的电脑环境。这样的作业系统可使完整的可携式技术与现有的Windows桌面技术整合工作。WindowsCE被设计成针对小型设备（它是典型的拥有有限内存的无磁盘系统）的通用操作系统，WindowsCE可以通过设计一层位于内核和硬件之间代码来用设定硬件平台，这即是众所周知的硬件抽象层（HAL）（在以前解释时，这被称为OEMC（原始设备制造）适应层，即OAL;内核压缩层，即KAL.以免与微软的WindowsNT操作系统HAL混淆）。不象其它的微软Windows操作系统，WindowsCE并不是代表一个标准的相同的对所有平台适用的软件。为了足够灵活以达到适应广泛产品需求，WindowsCE采用标准模式，这就意味着，它能够由一系列软件模式做出选择，从而使产品定制。另外，一些可利用模式也可作为其组成部分，这意味着这些模式能够通过从一套可利用的组份做出选择，从而成为标准模式，通过选择，能够达到系统要求的模式，OEM能够减少存储脚本和操作系统的运行。

　　随着硬件技术、应用需求和开发需求的变化，如，微电子技术：芯片的集成技术和片上系统；强实时、高可靠应用需求：飞机、火箭控制等；开发需求：信息家电等，需要越来越多的研究和设计人员参与嵌入系统的开发，如同台式系统一样嵌入系统需要使用方便、功能强大的开发系统，嵌入操作系统也需要支持面向对象和可重用等技术。

　　Lucio Di Jasio:目前，这一市场仍可分为两部分。一方面，存在大量相对高端的应用，它们具备运行实时操作系统（可能是Windows CE或一个Linux衍生系统）所需的资源。尽管这些操作系统已被压缩至一度被认为不可思议的小尺寸（2~4MB），但是这个大小对于依赖8位和16位单片机来符合其预算的嵌入式控制应用来说，仍然是巨大而遥不可及的。

　　我个人认为有意思的发展来自下面提及的另一个方面。GNU编译器及一些兼容的GNU"工具链"（由一些16位和32位单片机的编译器和函数库提供）的使用开创了这样的先河：使得嵌入式控制系统的设计人员有机会尝试编写开放式源代码；就像潘多拉的盒子，一旦开启就很难合上并重新置于一旁。但是，当今的许多开放式源代码都是针对Linux操作系统编写的，正因为如此，人们才设计了以现代16位和32位单片机架构（见上一个问题）为目标的新一代RTOS来模拟Linux的一些功能。这些RTOS符合POSIX标准（例如，Rowebots公司的UNISON），其代码尺寸比真正的Linux小一个数量级。Micrium uC/OS-II也值得一提，它符合MISRA C标准，提供兼容OSEK的模块和极大的安装库，甚至可以用在对安全性要求很高的应用中。

　　运用类似于用在开放式源代码方面的方法，还有一种新鲜而有趣的行销模式：通过提供完全的基本RTOS平台（完整的源代码）来吸引新一代嵌入式控制设计人员，这是目前非常流行的做法。从freeRTOS的名称不难看出，上述RTOS平台正属于这一类。您可能已经预计到了，的RTOS无法提供足够的支持。您必须依赖于论坛，事实上是依赖于集体提供的帮助和建议。对于那些需要支持的用户，则可以轻松地将该版本升级至称为SafeRTOS的收费版本。升级后的版本不仅通过了经过的安全性测试并且符合IEC 61508标准，还使您能够全天候访问和研发人员团队。

　　何小庆：嵌入式操作系统依然呈现百花齐放的态势，以Linux为代表的开源操作系统的应用逐渐成熟和稳定，在消费电子产品上优势很大；各种私有的嵌入式操作系统在针对汽车、军事、无线传感网、智能卡等行业依然占据重要地位；面向移动互联网装置、面向安全的嵌入式操作系统将大有前途。

　　Lantronix亚太区销售经理欧竟成：越来越多的工程师使用的嵌入式Linux解决方案的原因如下：1.客户可以很容易地获得嵌入式Linux.2.由于它是一个开放source,客户有更多的控制on low level.3.有许多第三者提供source code.但是，工程师使用嵌入式Linux时需要注意操作系统和硬件兼容性问题，这可能造成工程师的负担，因为他们更专注于开发应用层。因此，一些客户开始寻找全面解决方案的嵌入式系统，这意味着硬件+操作系统，这帮助他们缩短开发时间。

　　风河中国区总经理韩青：从总的发展趋势来看，嵌入式操作系统正在大规模地从各产品厂商自行开发和维护的in-house操作系统向商业级RTOS的转变。智能化、网络化是当今电子设备发展重要的趋势。这种趋势给设备软件带来的挑战就是开发成本和复杂度激增，以致对于任何一家企业，使用自己in-house的嵌入式操作系统根本不可能适应市场竞争的需求和压力。与此同时，Linux正在成为嵌入式软件平台的重要选择，由于且开放源代码，不仅显着降低了嵌入式操作系统的使用成本，而且可以从广泛的开放源代码社区获得丰富的资源。不过，与此同时所产生的新问题就是：开放源码社区所获得的各种资源质量如何鉴定和把关？众多来源如何实现标准化？因此，嵌入式Linux平台的标准化成为其顺利发展的关键。