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嵌入式系統(tǒng)開(kāi)源軟件的回顧和展望
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    回顧過(guò)去20年嵌入式系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)蓬勃發(fā)展,其中有兩項(xiàng)重要技術(shù)對(duì)此貢獻(xiàn)很大:一是ARM,二是開(kāi)源軟件,尤其是Linux和與Linux相關(guān)的開(kāi)源軟件。對(duì)于ARM,今天業(yè)內(nèi)熱議的ARM上網(wǎng)本現(xiàn)在看只是_二個(gè)橋頭堡。進(jìn)攻勝利了,ARM即刻大舉占領(lǐng)利潤(rùn)豐厚的PC市場(chǎng),退一步也可以保住自己的移動(dòng)終端和已經(jīng)牢牢把握的嵌入式市場(chǎng)。ARM要想成功,必然要仰仗開(kāi)源軟件;指望微軟是不行的,微軟有太多的歷史包袱和既得利益,在windows 7是否支持ARM架構(gòu)這件事情上一直搖擺不定。另一方面,Linux在經(jīng)歷了漫長(zhǎng)和痛苦的桌面市場(chǎng)的博弈之后,發(fā)現(xiàn)了移動(dòng)計(jì)算這片領(lǐng)域,開(kāi)始是智能手機(jī)、MID,到現(xiàn)在的上網(wǎng)本(netbook),還有未來(lái)的智能本(一種稱為smartbook,尺寸更小、更輕便的上網(wǎng)本)。開(kāi)源軟件也在慢慢地向嵌入式系統(tǒng)靠攏。在國(guó)內(nèi),嵌入式系統(tǒng)行業(yè)已經(jīng)形成了ARM+Linux的模式。


1 嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)源軟件之勢(shì)不減
    最近發(fā)生的兩件事情都進(jìn)一步說(shuō)明了嵌入式系統(tǒng)開(kāi)源軟件之勢(shì)不減。
    一是MIPS定制Android平臺(tái)。谷歌的Android在手機(jī)上獲得各產(chǎn)品方面的廣泛認(rèn)可,HTC、摩托羅拉、三星和聯(lián)想的多款產(chǎn)品已經(jīng)面世,中國(guó)移動(dòng)也高調(diào)支持An-droid,更多的手機(jī)正在開(kāi)發(fā)之中。作為開(kāi)源平臺(tái),Android不僅可以用在手機(jī)上,日本有公司已經(jīng)把它移植在DTV、數(shù)碼相框、PMP等消費(fèi)電子產(chǎn)品上。但是無(wú)論如何,谷歌依然無(wú)法滿足每個(gè)特定的嵌入式應(yīng)用的個(gè)性化需求。以MIPS為主導(dǎo)的OESF(開(kāi)放的嵌入式軟件基金會(huì))應(yīng)運(yùn)而生。OESF的目標(biāo)是推動(dòng)Android平臺(tái)在非手機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展。這是一件眾望所歸的好事情,也說(shuō)明嵌入式系統(tǒng)行業(yè)對(duì)有影響力的開(kāi)源平臺(tái)的迫切需求。
    第二件事情是傳統(tǒng)的嵌入式軟件公司Mentor Graph-ic收購(gòu)了Embedded Alley。Embedded Alley是一家以Montavista(著名的嵌入式Linux公司)前雇員為核心的嵌入式Linux服務(wù)商。Mentor明確表示收購(gòu)的目的就是為了擁有Android平臺(tái)提供服務(wù)的能力。背后原因有兩個(gè):一是Embedded Alley是OESF聯(lián)盟的重要合作伙伴,已經(jīng)成功為RMI的MIPS芯片提供了Android服務(wù),繼承了美國(guó)東部企業(yè)的務(wù)實(shí)特色,是一家實(shí)干的服務(wù)商;二是Mentor傳統(tǒng)的私有RTOS Nucleus是目前手機(jī)基帶芯片的主要OS,但是在增長(zhǎng)快速的智能手機(jī)上卻毫無(wú)建樹(shù),借助Android或許可以幫助Mentor重返手機(jī)OS的市場(chǎng)。嵌入式系統(tǒng)無(wú)論是芯片、軟件和產(chǎn)品應(yīng)用都在逐漸走向開(kāi)源,開(kāi)源之勢(shì)洶涌澎湃不可阻擋。


2 移動(dòng)互聯(lián)產(chǎn)品是開(kāi)源軟件重要機(jī)緣
    移動(dòng)互聯(lián)產(chǎn)品是開(kāi)源軟件在嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的重要機(jī)會(huì),這一點(diǎn)不僅嵌入式行業(yè)看到了,IT產(chǎn)業(yè)也看到了。原ARM中國(guó)公司總裁譚軍博士近期指出,開(kāi)源軟件是下一代差異化計(jì)算平臺(tái)的理想選擇,芯片之爭(zhēng)、操作系統(tǒng)之爭(zhēng)的實(shí)質(zhì)是看誰(shuí)的生態(tài)環(huán)境建立得好,開(kāi)源軟件在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)有著無(wú)比豐富的生態(tài)環(huán)境。Linux基金會(huì)執(zhí)行總監(jiān)Jim先生在北京2009開(kāi)源世界峰會(huì)上指出,PC經(jīng)濟(jì)正在發(fā)生變化,而Linux是未來(lái)把握利潤(rùn)的車票。Jim解釋,以前單一的PC計(jì)算正在向以智能手機(jī)、MID、上網(wǎng)本和未來(lái)的各類云終端發(fā)展,而Linux是唯一開(kāi)放的、可嵌入到其中的平臺(tái)。

  這里再舉個(gè)一個(gè)例子,目前已經(jīng)交由Linux基金會(huì)維護(hù)的英特爾Moblin社區(qū)非;钴S。Moblin是專門針對(duì)MID的操作系統(tǒng),最新推出的2.0版本有下面的特點(diǎn)和變化:
    第一,電源管理部分針對(duì)MID和Notebook做了優(yōu)化,使電池續(xù)航能力得到延長(zhǎng)。網(wǎng)絡(luò)功能作了進(jìn)一步擴(kuò)展,針對(duì)MID、Notebook和車載移動(dòng)設(shè)備所需的網(wǎng)絡(luò)連通性能進(jìn)行了擴(kuò)展,考慮到能夠支持最新的3G技術(shù)。
    第二,應(yīng)用程序框架重新設(shè)計(jì)。Moblin 2.0核心模塊放棄了前一版本所使用的Hildon應(yīng)用程序框架,主屏幕設(shè)計(jì)和應(yīng)用程序圖形界面設(shè)計(jì)有了更大的靈活性,可以以Flash AIR平臺(tái)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)用戶界面,也可以直接以HT-ML文件作為操作系統(tǒng)主屏幕或者應(yīng)用程序圖形界面,也可以采用GTK/Clutter這個(gè)支持2D/3D動(dòng)畫的UI庫(kù)來(lái)設(shè)計(jì)應(yīng)用程序的圖形界面。
    第三,2.0版本開(kāi)發(fā)工具更加便利。創(chuàng)建MID和Notebook等多種平臺(tái)上的Moblin影像的工具M(jìn)IC,能夠在USB驅(qū)動(dòng)器、光盤等設(shè)備中創(chuàng)建帶有平臺(tái)特定的、完整的目標(biāo)文件系統(tǒng)的影像。Moblin 2.0的架構(gòu)如圖1所示。

    英特爾作為一家芯片公司,花了這樣大的力量和金錢投資開(kāi)放軟件平臺(tái),為了什么呢,就是為了在未來(lái)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)世界里掌握更多話語(yǔ)權(quán),因?yàn)閃intel架構(gòu)將不再是這個(gè)世界唯一的計(jì)算平臺(tái)了。


3 中國(guó)嵌入式系統(tǒng)企業(yè)應(yīng)融入開(kāi)源文化
    國(guó)際性的嵌入式系統(tǒng)企業(yè)對(duì)于開(kāi)源的重視和貢獻(xiàn)越來(lái)越大,例如,飛思卡爾半導(dǎo)體公司就把嵌入式Linux作為芯片基本OS重點(diǎn)支持和研發(fā),在北京也成立專門的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。包括飛思卡爾、MIPS、瑞薩、博通、ADI和英特爾這些嵌入式半導(dǎo)體公司,以及Montavista軟件、思科通信設(shè)備公司,他們對(duì)Linux內(nèi)核的貢獻(xiàn)是很大的。
    聯(lián)想到國(guó)內(nèi)的情況:一方面以嵌入式Linux為龍頭的嵌入式教育和培訓(xùn)熱火朝天,學(xué)員熱情很高,說(shuō)明企業(yè)有需求;另一方面,放眼國(guó)內(nèi),專業(yè)的嵌入式Linux公司越來(lái)越少。在2000年初還有幾家,如靈思、藍(lán)點(diǎn),現(xiàn)在除了中科紅旗還有定制性的嵌入式Linux產(chǎn)品服務(wù)外,幾乎沒(méi)有一家專業(yè)的嵌入式Linux軟件公司。再有,國(guó)內(nèi)大型的嵌入式設(shè)備商們都有相當(dāng)數(shù)量的Linux研發(fā)團(tuán)隊(duì),但是縱觀國(guó)際開(kāi)源項(xiàng)目,幾乎沒(méi)有他們的身影,甚至連國(guó)人的身影都很少。來(lái)自Linux社區(qū)的信息顯示,2.6.13開(kāi)始華人中有越來(lái)越多的人參與到Kernel開(kāi)發(fā)中來(lái),從2.6.13的10人增加到2.6.27的63人,從2.6.13的108個(gè)來(lái)自華人的patch增加到2.6.28的650個(gè)patch。但是總的情況看,華人對(duì)Kernel的貢獻(xiàn)所占比例還比較小(6%~8%),外企華人的貢獻(xiàn)占了多數(shù),本土企業(yè)的比重比較小。這不禁讓人們想起若干年前,國(guó)際Linux社區(qū)對(duì)于國(guó)內(nèi)某些Linux公司只索取沒(méi)有奉獻(xiàn)的開(kāi)源之路的指責(zé)。如果中國(guó)大型嵌入式系統(tǒng)企業(yè)不能像歐美日企業(yè)那樣追隨Linux開(kāi)源文化的精神,我們的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)源之路還將會(huì)非常漫長(zhǎng)。


4 理解嵌入式系統(tǒng)對(duì)開(kāi)源軟件多樣性需求
    嵌入式系統(tǒng)多學(xué)科交叉的特點(diǎn),決定了嵌入式系統(tǒng)對(duì)于嵌入式軟件的認(rèn)識(shí)和使用上的多元化現(xiàn)象。比如計(jì)算機(jī)專業(yè)的人員偏好開(kāi)源的嵌入式Linux OS,電子和自動(dòng)化專業(yè)更加偏于RTOS,比如μC/OS-II(開(kāi)源,商業(yè)使用收費(fèi)模式)和VxWorks(傳統(tǒng)的商業(yè)嵌入式操作系統(tǒng))。開(kāi)源技術(shù)和思想對(duì)于嵌入式系統(tǒng)中非計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)科的集成電路設(shè)計(jì)中的SoC技術(shù)已經(jīng)產(chǎn)生重要影響。目前多數(shù)嵌入式系統(tǒng)半導(dǎo)體公司使用Linux作為基礎(chǔ)的OS。

    嵌入式系統(tǒng)是應(yīng)用差異性很大的系統(tǒng),比如通信行業(yè),手機(jī)、智能手機(jī)、移動(dòng)終端(智能本)、上網(wǎng)本、交換機(jī)、移動(dòng)基站、交換機(jī)和電信服務(wù)器等等不同的產(chǎn)品,它們雖然是同一個(gè)行業(yè),但是各自的體系結(jié)構(gòu)、需求和應(yīng)用都不一樣,更不要說(shuō)不同的行業(yè),如消費(fèi)電子、工業(yè)控制和航空航天之間更大的差異了。
    嵌入式系統(tǒng)計(jì)算平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)也比桌面和服務(wù)器復(fù)雜且種類繁多(如ARM、PPC、MIPS、X86和許多8/16位MCU),這個(gè)特點(diǎn)決定了開(kāi)源軟件在嵌入式系統(tǒng)中也是百花齊放。今天,有各種類似的開(kāi)源軟件,如Ecos、RTEMS,而TinyOS、RTLinux、RTAI等面向?qū)崟r(shí)性、通用性的Linux平臺(tái)也很多,另外面向移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的Moblin、Android和Ubuntu,及面向嵌入式系統(tǒng)的μC linux、Debian,還有商用公司Montavisa、Timesys、Windriver Linux的開(kāi)源版本都在嵌入式系統(tǒng)中擁有自己的地位和應(yīng)用。


5 正視開(kāi)源軟件在嵌入式系統(tǒng)中的局限性
    雖然開(kāi)源之風(fēng)在嵌入式系統(tǒng)越來(lái)越大,但是部分嵌入式軟件平臺(tái)對(duì)于開(kāi)源軟件仍持謹(jǐn)慎態(tài)度。部分企業(yè)經(jīng)過(guò)實(shí)踐體會(huì)到,使用免費(fèi)開(kāi)源軟件未必能夠幫助企業(yè)節(jié)省成本,購(gòu)買驗(yàn)證后的商業(yè)軟件和知識(shí)產(chǎn)權(quán)卻可以幫助企業(yè)做大做強(qiáng)。實(shí)際上應(yīng)該糾正“使用Linux就意味省錢”的想法,免費(fèi)開(kāi)源軟件并不一定比商業(yè)軟件節(jié)省開(kāi)發(fā)和運(yùn)行成本。一般來(lái)講,成熟的嵌入式軟件需要經(jīng)過(guò)至少5年的開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證時(shí)間,而且需要一個(gè)開(kāi)發(fā)和支持團(tuán)隊(duì),這樣的模式對(duì)于嵌入式軟件平臺(tái)尤為重要。因此,目前包括航空航天、工業(yè)控制系統(tǒng)、交通系統(tǒng)、汽車電子、醫(yī)療電子(除信息娛樂(lè)部分外),采用Linux和其他開(kāi)源軟件都比較少。開(kāi)源軟件在嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用還應(yīng)該注意避免走習(xí)慣性的單一化模式的思路,應(yīng)該以應(yīng)用為導(dǎo)向,以平臺(tái)為依托,結(jié)合自身研發(fā)和維護(hù)團(tuán)隊(duì)的技術(shù)特點(diǎn),聯(lián)合芯片、合作伙伴和開(kāi)源社區(qū)共同完成一個(gè)項(xiàng)目。


6 小 結(jié)
    嵌入式系統(tǒng)的多樣性和廣泛性決定了開(kāi)源軟件在其中巨大的生存和發(fā)展空間。開(kāi)源軟件的開(kāi)放性、靈活性、低成本開(kāi)發(fā)和維護(hù)模式,可以幫助嵌入式產(chǎn)品解決所面臨的市場(chǎng)挑戰(zhàn)和創(chuàng)新。開(kāi)源技術(shù)和思想對(duì)于嵌入式系統(tǒng)中的各個(gè)學(xué)科都將產(chǎn)生積極影響。


 

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