嵌入式技術(shù)發(fā)展迅猛開源Linux操作系統(tǒng)受青睞（上）

近幾年，隨著軟件、硬件技術(shù)的提高及市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣泛。嵌入式處理器、嵌入式操作系統(tǒng)及嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域都出現(xiàn)了新變化及新的發(fā)展趨勢(shì)，如：多核技術(shù)、嵌入式Linux、嵌入式互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等。本次論壇我們邀請(qǐng)了多位來自嵌入式系統(tǒng)供應(yīng)商的專業(yè)人士，他們就這些新變化、發(fā)展趨勢(shì)給出了自己的精彩解讀。
■ 今日電子：嵌入式微處理器作為嵌入式系統(tǒng)的核心器件，對(duì)嵌入式設(shè)備的性能起著關(guān)鍵作用。在嵌入式微處理器領(lǐng)域，您認(rèn)為近幾年出現(xiàn)了哪些新技術(shù)？嵌入式微處理器有哪些發(fā)展方向？

MIPS科技公司市場(chǎng)總監(jiān)Mark Throndson：橫向技術(shù)，像32位微控制器和FPGA將隨著廣泛應(yīng)用繼續(xù)走向繁榮。對(duì)于FPGA，小批量的產(chǎn)品更為適合。對(duì)于大批量的垂直應(yīng)用，我們將看到像在數(shù)字電視的SoC上集成MIPS處理器那樣繼續(xù)采用定制ASIC。

不管業(yè)務(wù)模式如何，多核就是這樣。摩爾定律不能為明天的嵌入式應(yīng)用繼續(xù)提供增加裕量，尤其是在融合的消費(fèi)電子設(shè)備。在這些設(shè)備中，性能要求一直在不斷增加。多核可以并行多項(xiàng)工作并降低功耗。我們的MIPS32 1004K一致多處理系統(tǒng)中的多線程使多核解決方案更加有效。

軟件工程成本每年都在以大約20%～25%的速度遞增，而超過50%的設(shè)計(jì)成本都是在90nm及以下的軟件。這種趨勢(shì)意味著公司必須更多地利用標(biāo)準(zhǔn)IP核來保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。越來越多的軟件還意味著強(qiáng)大的調(diào)試工具非常重要。在線儀器尤其重要，因?yàn)樗筛纳粕顚幼酉到y(tǒng)及其接口的可視性。沒有這種可視性，設(shè)計(jì)人員就無法滿足成本和上市時(shí)間的要求。

賽靈思亞太區(qū)市場(chǎng)與應(yīng)用總監(jiān)張宇清:嵌入式微處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心器件。根據(jù)用途，可分為以下四種：嵌入式微控制器（MCU），嵌入式微處理器（EMPU），嵌入式DSP處理器（DSP）和嵌入式片上系統(tǒng)（SOC）。嵌入式微處理器市場(chǎng)已成為眾家必爭(zhēng)之地,有如最近英特爾Atom處理器將與ARM在嵌入式領(lǐng)域正面沖突。英特爾希望進(jìn)一步降低Atom處理器成本，也意味著該公司試圖從消費(fèi)性電子、嵌入式、手持式與當(dāng)紅的Netbook等四個(gè)領(lǐng)域，吸引更多客戶。

Microchip高性能單片機(jī)部產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理Lucio Di Jasio：出于對(duì)技術(shù)的慎重，嵌入式控制市場(chǎng)較之個(gè)人電腦業(yè)始終略顯保守。舉例來說，嵌入式控制應(yīng)用固守5V技術(shù)，因而幾年來應(yīng)用的體積始終不盡如人意。最近，這樣的情況大有改觀。3V及更低電壓的技術(shù)幾乎已經(jīng)遍及所有的應(yīng)用領(lǐng)域，只有一部分汽車應(yīng)用仍采用5V技術(shù)。采用較低的電壓促使應(yīng)用體積的縮小，進(jìn)而可以提高集成度。8位單片機(jī)領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化。如今，對(duì)于8位單片機(jī)而言,帶有128KB閃存，既具有種類繁多的傳統(tǒng)數(shù)字和模擬外設(shè)（定時(shí)器、PWM和ADC等）,又能提供以太網(wǎng)和全速USB接口,已經(jīng)不是什么稀罕事了，而在過去這些往往是大很多的架構(gòu)才有的“專利”。16位領(lǐng)域也經(jīng)歷了類似的變革，在較為傳統(tǒng)的單片機(jī)架構(gòu)中融入了DSP功能（這種新的器件稱為DSC，即數(shù)字信號(hào)控制器），從而實(shí)現(xiàn)更高的性能，而價(jià)位又是大多數(shù)高級(jí)電機(jī)控制和數(shù)控電源應(yīng)用承擔(dān)得起的。然而，最近兩年最根本的創(chuàng)新當(dāng)屬32位單片機(jī)這一旨在滿足最小型嵌入式控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的新產(chǎn)品，32位單片機(jī)不僅經(jīng)濟(jì)高效而且易于使用。

麥克泰公司董事長(zhǎng)何小慶:嵌入式處理器和微控制器（MCU）的界限變得模糊，二者體系架構(gòu)都在向著ARM、X86 SoC發(fā)展，處理能力已經(jīng)接近桌面電腦；嵌入式處理器的功耗越來越低，未來嵌入式智能裝置可以長(zhǎng)效和不間斷地運(yùn)行，超低功耗處理器和技術(shù)發(fā)展空間很大；互聯(lián)網(wǎng)將改變傳統(tǒng)嵌入式處理器設(shè)計(jì)和應(yīng)用，面向互聯(lián)網(wǎng)和Web2.0的嵌入式處理器將大有可為。

■ 今日電子：嵌入式操作系統(tǒng)是嵌入式設(shè)備與用戶交流的接口，目前有哪些主流的嵌入式操作系統(tǒng)？您比較看好哪些操作系統(tǒng)的發(fā)展？

MIPS科技公司副總裁Rick Leatherman：SoC的操作系統(tǒng)要求最初是由小占位空間的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）提供的，如ThreadX、Integrity、VxWorks、Nucleus和QNX等。隨著消費(fèi)電子的需求，如機(jī)頂盒、DVD和數(shù)字電視及其功能的不斷擴(kuò)展，作為嵌入操作系統(tǒng)的Linux開始獲得青睞。在小占位空間RTOS仍在廣泛采用的同時(shí)，Linux迅速增長(zhǎng)，現(xiàn)已成為消費(fèi)產(chǎn)品領(lǐng)域最廣泛采用的操作系統(tǒng)。由于對(duì)潛在的Linux應(yīng)用沒有限制，大多數(shù)的分析師認(rèn)為在可以預(yù)見的將來它將成為主要的操作系統(tǒng)。

MIPS架構(gòu)一直得到了最卓越的小占位空間的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的廣泛支持。隨著Linux越來越多獲得市場(chǎng)認(rèn)可，很明顯MIPS架構(gòu)是天作之合，必須記住MIPS架構(gòu)最初是為運(yùn)行UNIX而設(shè)計(jì)的，Linux是UNIX的直系后裔。MIPS架構(gòu)確實(shí)是完美的Linux引擎。

張宇清:主流的嵌入式操作系統(tǒng)有Windows CE、Symbian、嵌入式Linux、VxWorks、uC/OS等。目前各種嵌入式Linux操作系統(tǒng)正迅速發(fā)展，已經(jīng)形成了能與Windows CE等嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行有力競(jìng)爭(zhēng)的局面。嵌入式Linux操作系統(tǒng)的迅速崛起，主要由于人們對(duì)自由軟件的渴望與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的特制性，要求提供系統(tǒng)源碼層次上的支持，而嵌入式Linux正適應(yīng)了這一需求，它不僅具有開放源代碼、系統(tǒng)內(nèi)核小、效率高、內(nèi)核網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完整的有點(diǎn)，且裁減后的系統(tǒng)很適于如信息家電等嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)。嵌入式Linux操作系統(tǒng)的產(chǎn)品化及可靠性是目前受制約的一個(gè)重要因素。

[!--empirenews.page--]Windows CE是一個(gè)較具代表性的、由桌面操作系統(tǒng)演變而成的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)。雖然提供了較為強(qiáng)大的類似于桌面操作系統(tǒng)的功能，但針對(duì)嵌入式系統(tǒng)的特征與特性而言，Windows CE顯得笨拙且在內(nèi)核結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中并未考慮適應(yīng)系統(tǒng)的高度可裁減性的要求。以VxWorks為代表的傳統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)是應(yīng)用最廣泛、市場(chǎng)占有率較具優(yōu)勢(shì)的幾個(gè)系統(tǒng)，它們是專門為嵌入式微處理器設(shè)計(jì)的高模塊化、高性能的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于高科技產(chǎn)品中，包括消費(fèi)電子設(shè)備、工業(yè)自動(dòng)化、無線通信產(chǎn)品、醫(yī)療儀器、數(shù)字電視與多媒體設(shè)備，具有很好的安全性、容錯(cuò)性以及系統(tǒng)靈活性。雖然它們都提供專有的API接口，但是缺乏應(yīng)用的高效性，網(wǎng)絡(luò)連接功能較差，系統(tǒng)對(duì)應(yīng)用程序開發(fā)支持相對(duì)較弱。對(duì)現(xiàn)在復(fù)雜的、網(wǎng)絡(luò)化的、多處理器的嵌入式系統(tǒng)的許多應(yīng)用需要而言，它已顯得力不從心。

隨著硬件技術(shù)、應(yīng)用需求和開發(fā)需求的變化，如，微電子技術(shù)：芯片的集成技術(shù)和片上系統(tǒng)；強(qiáng)實(shí)時(shí)、高可靠應(yīng)用需求：飛機(jī)、火箭控制等；開發(fā)需求：信息家電等，需要越來越多的研究和設(shè)計(jì)人員參與嵌入系統(tǒng)的開發(fā)，如同臺(tái)式系統(tǒng)一樣嵌入系統(tǒng)需要使用方便、功能強(qiáng)大的開發(fā)系統(tǒng)，嵌入操作系統(tǒng)也需要支持面向?qū)ο蠛涂芍赜玫燃夹g(shù)。
 
Lucio Di Jasio：目前，這一市場(chǎng)仍可分為兩部分。一方面，存在大量相對(duì)高端的應(yīng)用，它們具備運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（可能是Windows CE或一個(gè)Linux衍生系統(tǒng)）所需的資源。盡管這些操作系統(tǒng)已被壓縮至一度被認(rèn)為不可思議的小尺寸（2～4MB），但是這個(gè)大小對(duì)于依賴8位和16位單片機(jī)來符合其預(yù)算的嵌入式控制應(yīng)用來說，仍然是巨大而遙不可及的。

我個(gè)人認(rèn)為最有意思的發(fā)展來自下面提及的另一個(gè)方面。GNU編譯器及一些兼容的GNU“工具鏈”（由一些16位和32位單片機(jī)的編譯器和函數(shù)庫(kù)提供）的使用開創(chuàng)了這樣的先河：使得嵌入式控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員有機(jī)會(huì)嘗試編寫開放式源代碼；就像潘多拉的盒子，一旦開啟就很難合上并重新置于一旁。但是，當(dāng)今的許多開放式源代碼都是針對(duì)Linux操作系統(tǒng)編寫的，正因?yàn)槿绱?，人們才設(shè)計(jì)了以現(xiàn)代16位和32位單片機(jī)架構(gòu)（見上一個(gè)問題）為目標(biāo)的新一代RTOS來模擬Linux的一些功能。這些RTOS符合POSIX標(biāo)準(zhǔn)（例如，Rowebots公司的UNISON），其代碼尺寸比真正的Linux小一個(gè)數(shù)量級(jí)。Micrium uC/OS-II也值得一提，它符合MISRA C標(biāo)準(zhǔn)，提供兼容OSEK的模塊和極大的安裝庫(kù)，甚至可以用在對(duì)安全性要求很高的應(yīng)用中。

運(yùn)用類似于用在開放式源代碼方面的方法，還有一種新鮮而有趣的行銷模式：通過提供完全免費(fèi)的基本RTOS平臺(tái)（完整的源代碼）來吸引新一代嵌入式控制設(shè)計(jì)人員，這是目前非常流行的做法。從freeRTOS的名稱不難看出，上述RTOS平臺(tái)正屬于這一類。您可能已經(jīng)預(yù)計(jì)到了，免費(fèi)的RTOS無法提供足夠的支持。您必須依賴于論壇，事實(shí)上是依賴于集體提供的幫助和建議。對(duì)于那些需要專業(yè)支持的用戶，則可以輕松地將該免費(fèi)版本升級(jí)至稱為SafeRTOS的收費(fèi)版本。升級(jí)后的版本不僅通過了經(jīng)過認(rèn)證的安全性測(cè)試并且符合IEC 61508標(biāo)準(zhǔn)，還使您能夠全天候訪問專家和研發(fā)人員團(tuán)隊(duì)。

何小慶:嵌入式操作系統(tǒng)依然呈現(xiàn)百花齊放的態(tài)勢(shì)，以Linux為代表的開源操作系統(tǒng)的應(yīng)用逐漸成熟和穩(wěn)定，在消費(fèi)電子產(chǎn)品上優(yōu)勢(shì)很大；各種私有的嵌入式操作系統(tǒng)在針對(duì)汽車、軍事、無線傳感網(wǎng)、智能卡等行業(yè)依然占據(jù)重要地位；面向移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)裝置、面向安全的嵌入式操作系統(tǒng)將大有前途。

Lantronix亞太區(qū)銷售經(jīng)理歐竟成:越來越多的工程師使用的嵌入式Linux解決方案的原因如下：1.客戶可以很容易地獲得嵌入式Linux。2.由于它是一個(gè)開放source，客戶有更多的控制on low level。3.有許多第三者提供source code。但是，工程師使用嵌入式Linux時(shí)需要注意操作系統(tǒng)和硬件兼容性問題，這可能造成工程師的負(fù)擔(dān)，因?yàn)樗麄兏鼘Ｗ⒂陂_發(fā)應(yīng)用層。因此，一些客戶開始尋找全面解決方案的嵌入式系統(tǒng)，這意味著硬件+操作系統(tǒng)，這幫助他們縮短開發(fā)時(shí)間。

風(fēng)河中國(guó)區(qū)總經(jīng)理韓青：從總的發(fā)展趨勢(shì)來看，嵌入式操作系統(tǒng)正在大規(guī)模地從各產(chǎn)品廠商自行開發(fā)和維護(hù)的in-house操作系統(tǒng)向商業(yè)級(jí)RTOS的轉(zhuǎn)變。智能化、網(wǎng)絡(luò)化是當(dāng)今電子設(shè)備發(fā)展最重要的趨勢(shì)。這種趨勢(shì)給設(shè)備軟件帶來的最大挑戰(zhàn)就是開發(fā)成本和復(fù)雜度激增，以致對(duì)于任何一家企業(yè)，使用自己in-house的嵌入式操作系統(tǒng)根本不可能適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需求和壓力。與此同時(shí)，Linux正在成為嵌入式軟件平臺(tái)的重要選擇，由于免費(fèi)且開放源代碼，不僅顯著降低了嵌入式操作系統(tǒng)的使用成本，而且可以從廣泛的開放源代碼社區(qū)獲得豐富的資源。不過，與此同時(shí)所產(chǎn)生的新問題就是：開放源碼社區(qū)所獲得的各種資源質(zhì)量如何鑒定和把關(guān)？眾多來源如何實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化？因此，嵌入式Linux平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)化成為其順利發(fā)展的關(guān)鍵。