嵌入式技術發(fā)展迅猛開源Linux操作系統(tǒng)受青睞（上）

近幾年，隨著軟件、硬件技術的提高及市場的驅動，嵌入式系統(tǒng)應用越來越廣泛。嵌入式處理器、嵌入式操作系統(tǒng)及嵌入式系統(tǒng)的應用領域都出現了新變化及新的發(fā)展趨勢，如：多核技術、嵌入式Linux、嵌入式互聯網應用等。本次論壇我們邀請了多位來自嵌入式系統(tǒng)供應商的專業(yè)人士，他們就這些新變化、發(fā)展趨勢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，對嵌入式設備的性能起著關鍵作用。在嵌入式微處理器領域，您認為近幾年出現了哪些新技術？嵌入式微處理器有哪些發(fā)展方向？

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

不管業(yè)務模式如何，多核就是這樣。摩爾定律不能為明天的嵌入式應用繼續(xù)提供增加裕量，尤其是在融合的消費電子設備。在這些設備中，性能要求一直在不斷增加。多核可以并行多項工作并降低功耗。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%的設計成本都是在90nm及以下的軟件。這種趨勢意味著公司必須更多地利用標準IP核來保持競爭優(yōu)勢。越來越多的軟件還意味著強大的調試工具非常重要。在線儀器尤其重要，因為它可改善深層子系統(tǒng)及其接口的可視性。沒有這種可視性，設計人員就無法滿足成本和上市時間的要求。

賽靈思亞太區(qū)市場與應用總監(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已成為眾家必爭之地,有如最近英特爾Atom處理器將與ARM在嵌入式領域正面沖突。英特爾希望進一步降低Atom處理器成本，也意味著該公司試圖從消費性電子、嵌入式、手持式與當紅的Netbook等四個領域，吸引更多客戶。

Microchip高性能單片機部產品營銷經理Lucio Di Jasio：出于對技術的慎重，嵌入式控制市場較之個人電腦業(yè)始終略顯保守。舉例來說，嵌入式控制應用固守5V技術，因而幾年來應用的體積始終不盡如人意。最近，這樣的情況大有改觀。3V及更低電壓的技術幾乎已經遍及所有的應用領域，只有一部分汽車應用仍采用5V技術。采用較低的電壓促使應用體積的縮小，進而可以提高集成度。8位單片機領域已經發(fā)生了翻天覆地的變化。如今，對于8位單片機而言,帶有128KB閃存，既具有種類繁多的傳統(tǒng)數字和模擬外設（定時器、PWM和ADC等）,又能提供以太網和全速USB接口,已經不是什么稀罕事了，而在過去這些往往是大很多的架構才有的“專利”。16位領域也經歷了類似的變革，在較為傳統(tǒng)的單片機架構中融入了DSP功能（這種新的器件稱為DSC，即數字信號控制器），從而實現更高的性能，而價位又是大多數高級電機控制和數控電源應用承擔得起的。然而，最近兩年最根本的創(chuàng)新當屬32位單片機這一旨在滿足最小型嵌入式控制應用而設計的新產品，32位單片機不僅經濟高效而且易于使用。

麥克泰公司董事長何小慶:嵌入式處理器和微控制器（MCU）的界限變得模糊，二者體系架構都在向著ARM、X86 SoC發(fā)展，處理能力已經接近桌面電腦；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效和不間斷地運行，超低功耗處理器和技術發(fā)展空間很大；互聯網將改變傳統(tǒng)嵌入式處理器設計和應用，面向互聯網和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時操作系統(tǒng)（RTOS）提供的，如ThreadX、Integrity、VxWorks、Nucleus和QNX等。隨著消費電子的需求，如機頂盒、DVD和數字電視及其功能的不斷擴展，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，Linux迅速增長，現已成為消費產品領域最廣泛采用的操作系統(tǒng)。由于對潛在的Linux應用沒有限制，大多數的分析師認為在可以預見的將來它將成為主要的操作系統(tǒng)。

MIPS架構一直得到了最卓越的小占位空間的實時操作系統(tǒng)的廣泛支持。隨著Linux越來越多獲得市場認可，很明顯MIPS架構是天作之合，必須記住MIPS架構最初是為運行UNIX而設計的，Linux是UNIX的直系后裔。MIPS架構確實是完美的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，已經形成了能與Windows CE等嵌入式操作系統(tǒng)進行有力競爭的局面。嵌入式Linux操作系統(tǒng)的迅速崛起，主要由于人們對自由軟件的渴望與嵌入式系統(tǒng)應用的特制性，要求提供系統(tǒng)源碼層次上的支持，而嵌入式Linux正適應了這一需求，它不僅具有開放源代碼、系統(tǒng)內核小、效率高、內核網絡結構完整的有點，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)的產品化及可靠性是目前受制約的一個重要因素。

[!--empirenews.page--]Windows CE是一個較具代表性的、由桌面操作系統(tǒng)演變而成的實時嵌入式操作系統(tǒng)。雖然提供了較為強大的類似于桌面操作系統(tǒng)的功能，但針對嵌入式系統(tǒng)的特征與特性而言，Windows CE顯得笨拙且在內核結構的設計中并未考慮適應系統(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)是應用最廣泛、市場占有率較具優(yōu)勢的幾個系統(tǒng)，它們是專門為嵌入式微處理器設計的高模塊化、高性能的實時操作系統(tǒng)，廣泛應用于高科技產品中，包括消費電子設備、工業(yè)自動化、無線通信產品、醫(yī)療儀器、數字電視與多媒體設備，具有很好的安全性、容錯性以及系統(tǒng)靈活性。雖然它們都提供專有的API接口，但是缺乏應用的高效性，網絡連接功能較差，系統(tǒng)對應用程序開發(fā)支持相對較弱。對現在復雜的、網絡化的、多處理器的嵌入式系統(tǒng)的許多應用需要而言，它已顯得力不從心。

隨著硬件技術、應用需求和開發(fā)需求的變化，如，微電子技術：芯片的集成技術和片上系統(tǒng)；強實時、高可靠應用需求：飛機、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計人員參與嵌入系統(tǒng)的開發(fā)，如同臺式系統(tǒng)一樣嵌入系統(tǒng)需要使用方便、功能強大的開發(fā)系統(tǒng)，嵌入操作系統(tǒng)也需要支持面向對象和可重用等技術。
 
Lucio Di Jasio：目前，這一市場仍可分為兩部分。一方面，存在大量相對高端的應用，它們具備運行實時操作系統(tǒng)（可能是Windows CE或一個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為不可思議的小尺寸（2～4MB），但是這個大小對于依賴8位和16位單片機來符合其預算的嵌入式控制應用來說，仍然是巨大而遙不可及的。

我個人認為最有意思的發(fā)展來自下面提及的另一個方面。GNU編譯器及一些兼容的GNU“工具鏈”（由一些16位和32位單片機的編譯器和函數庫提供）的使用開創(chuàng)了這樣的先河：使得嵌入式控制系統(tǒng)的設計人員有機會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，當今的許多開放式源代碼都是針對Linux操作系統(tǒng)編寫的，正因為如此，人們才設計了以現代16位和32位單片機架構（見上一個問題）為目標的新一代RTOS來模擬Linux的一些功能。這些RTOS符合POSIX標準（例如，Rowebots公司的UNISON），其代碼尺寸比真正的Linux小一個數量級。Micrium uC/OS-II也值得一提，它符合MISRA C標準，提供兼容OSEK的模塊和極大的安裝庫，甚至可以用在對安全性要求很高的應用中。

運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：通過提供完全免費的基本RTOS平臺（完整的源代碼）來吸引新一代嵌入式控制設計人員，這是目前非常流行的做法。從freeRTOS的名稱不難看出，上述RTOS平臺正屬于這一類。您可能已經預計到了，免費的RTOS無法提供足夠的支持。您必須依賴于論壇，事實上是依賴于集體提供的幫助和建議。對于那些需要專業(yè)支持的用戶，則可以輕松地將該免費版本升級至稱為SafeRTOS的收費版本。升級后的版本不僅通過了經過認證的安全性測試并且符合IEC 61508標準，還使您能夠全天候訪問專家和研發(fā)人員團隊。

何小慶:嵌入式操作系統(tǒng)依然呈現百花齊放的態(tài)勢，以Linux為代表的開源操作系統(tǒng)的應用逐漸成熟和穩(wěn)定，在消費電子產品上優(yōu)勢很大；各種私有的嵌入式操作系統(tǒng)在針對汽車、軍事、無線傳感網、智能卡等行業(yè)依然占據重要地位；面向移動互聯網裝置、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擔，因為他們更專注于開發(fā)應用層。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)時間。

風河中國區(qū)總經理韓青：從總的發(fā)展趨勢來看，嵌入式操作系統(tǒng)正在大規(guī)模地從各產品廠商自行開發(fā)和維護的in-house操作系統(tǒng)向商業(yè)級RTOS的轉變。智能化、網絡化是當今電子設備發(fā)展最重要的趨勢。這種趨勢給設備軟件帶來的最大挑戰(zhàn)就是開發(fā)成本和復雜度激增，以致對于任何一家企業(yè)，使用自己in-house的嵌入式操作系統(tǒng)根本不可能適應市場競爭的需求和壓力。與此同時，Linux正在成為嵌入式軟件平臺的重要選擇，由于免費且開放源代碼，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，與此同時所產生的新問題就是：開放源碼社區(qū)所獲得的各種資源質量如何鑒定和把關？眾多來源如何實現標準化？因此，嵌入式Linux平臺的標準化成為其順利發(fā)展的關鍵。