嵌入式系統(tǒng)開源軟件的回顧和展望

    回顧過去20年嵌入式系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)蓬勃發(fā)展，其中有兩項(xiàng)重要技術(shù)對此貢獻(xiàn)很大：一是ARM，二是開源軟件，尤其是Linux和與Linux相關(guān)的開源軟件。對于ARM，今天業(yè)內(nèi)熱議的ARM上網(wǎng)本現(xiàn)在看只是_二個橋頭堡。進(jìn)攻勝利了，ARM即刻大舉占領(lǐng)利潤豐厚的PC市場，退一步也可以保住自己的移動終端和已經(jīng)牢牢把握的嵌入式市場。ARM要想成功，必然要仰仗開源軟件；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)歷了漫長和痛苦的桌面市場的博弈之后，發(fā)現(xiàn)了移動計算這片領(lǐng)域，開始是智能手機(jī)、MID，到現(xiàn)在的上網(wǎng)本(netbook)，還有未來的智能本(一種稱為smartbook，尺寸更小、更輕便的上網(wǎng)本)。開源軟件也在慢慢地向嵌入式系統(tǒng)靠攏。在國內(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)的開源軟件之勢不減
    最近發(fā)生的兩件事情都進(jìn)一步說明了嵌入式系統(tǒng)開源軟件之勢不減。
    一是MIPS定制Android平臺。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，中國移動也高調(diào)支持An-droid，更多的手機(jī)正在開發(fā)之中。作為開源平臺，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。但是無論如何，谷歌依然無法滿足每個特定的嵌入式應(yīng)用的個性化需求。以MIPS為主導(dǎo)的OESF(開放的嵌入式軟件基金會)應(yīng)運(yùn)而生。OESF的目標(biāo)是推動Android平臺在非手機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展。這是一件眾望所歸的好事情，也說明嵌入式系統(tǒng)行業(yè)對有影響力的開源平臺的迫切需求。
    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明確表示收購的目的就是為了擁有Android平臺提供服務(wù)的能力。背后原因有兩個：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，但是在增長快速的智能手機(jī)上卻毫無建樹，借助Android或許可以幫助Mentor重返手機(jī)OS的市場。嵌入式系統(tǒng)無論是芯片、軟件和產(chǎn)品應(yīng)用都在逐漸走向開源，開源之勢洶涌澎湃不可阻擋。

2 移動互聯(lián)產(chǎn)品是開源軟件重要機(jī)緣
    移動互聯(lián)產(chǎn)品是開源軟件在嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的重要機(jī)會，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中國公司總裁譚軍博士近期指出，開源軟件是下一代差異化計算平臺的理想選擇，芯片之爭、操作系統(tǒng)之爭的實(shí)質(zhì)是看誰的生態(tài)環(huán)境建立得好，開源軟件在移動互聯(lián)網(wǎng)有著無比豐富的生態(tài)環(huán)境。Linux基金會執(zhí)行總監(jiān)Jim先生在北京2009開源世界峰會上指出，PC經(jīng)濟(jì)正在發(fā)生變化，而Linux是未來把握利潤的車票。Jim解釋，以前單一的PC計算正在向以智能手機(jī)、MID、上網(wǎng)本和未來的各類云終端發(fā)展，而Linux是唯一開放的、可嵌入到其中的平臺。[!--empirenews.page--]
    這里再舉個一個例子，目前已經(jīng)交由Linux基金會維護(hù)的英特爾Moblin社區(qū)非?；钴S。Moblin是專門針對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MID和Notebook做了優(yōu)化，使電池續(xù)航能力得到延長。網(wǎng)絡(luò)功能作了進(jìn)一步擴(kuò)展，針對MID、Notebook和車載移動設(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。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)計和應(yīng)用程序圖形界面設(shè)計有了更大的靈活性，可以以Flash AIR平臺為基礎(chǔ)設(shè)計用戶界面，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這個支持2D／3D動畫的UI庫來設(shè)計應(yīng)用程序的圖形界面。
    第三，2．0版本開發(fā)工具更加便利。創(chuàng)建MID和Notebook等多種平臺上的Moblin影像的工具M(jìn)IC，能夠在USB驅(qū)動器、光盤等設(shè)備中創(chuàng)建帶有平臺特定的、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放軟件平臺，為了什么呢，就是為了在未來移動互聯(lián)網(wǎng)世界里掌握更多話語權(quán)，因?yàn)閃intel架構(gòu)將不再是這個世界唯一的計算平臺了。

3 中國嵌入式系統(tǒng)企業(yè)應(yīng)融入開源文化
    國際性的嵌入式系統(tǒng)企業(yè)對于開源的重視和貢獻(xiàn)越來越大，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Linux內(nèi)核的貢獻(xiàn)是很大的。
    聯(lián)想到國內(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，說明企業(yè)有需求；另一方面，放眼國內(nèi)，專業(yè)的嵌入式Linux公司越來越少。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，幾乎沒有一家專業(yè)的嵌入式Linux軟件公司。再有，國內(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)，但是縱觀國際開源項(xiàng)目，幾乎沒有他們的身影，甚至連國人的身影都很少。來自Linux社區(qū)的信息顯示，2．6．13開始華人中有越來越多的人參與到Kernel開發(fā)中來，從2．6．13的10人增加到2．6．27的63人，從2．6．13的108個來自華人的patch增加到2．6．28的650個patch。但是總的情況看，華人對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，國際Linux社區(qū)對于國內(nèi)某些Linux公司只索取沒有奉獻(xiàn)的開源之路的指責(zé)。如果中國大型嵌入式系統(tǒng)企業(yè)不能像歐美日企業(yè)那樣追隨Linux開源文化的精神，我們的嵌入式系統(tǒng)開源之路還將會非常漫長。

4 理解嵌入式系統(tǒng)對開源軟件多樣性需求
    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)對于嵌入式軟件的認(rèn)識和使用上的多元化現(xiàn)象。比如計算機(jī)專業(yè)的人員偏好開源的嵌入式Linux OS，電子和自動化專業(yè)更加偏于RTOS，比如μC／OS-II(開源，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))。開源技術(shù)和思想對于嵌入式系統(tǒng)中非計算機(jī)科學(xué)學(xué)科的集成電路設(shè)計中的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。[!--empirenews.page--]
    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)、移動終端(智能本)、上網(wǎng)本、交換機(jī)、移動基站、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)計算平臺的體系結(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)，這個特點(diǎn)決定了開源軟件在嵌入式系統(tǒng)中也是百花齊放。今天，有各種類似的開源軟件，如Ecos、RTEMS，而TinyOS、RTLinux、RTAI等面向?qū)崟r性、通用性的Linux平臺也很多，另外面向移動互聯(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 正視開源軟件在嵌入式系統(tǒng)中的局限性
    雖然開源之風(fēng)在嵌入式系統(tǒng)越來越大，但是部分嵌入式軟件平臺對于開源軟件仍持謹(jǐn)慎態(tài)度。部分企業(yè)經(jīng)過實(shí)踐體會到，使用免費(fèi)開源軟件未必能夠幫助企業(yè)節(jié)省成本，購買驗(yàn)證后的商業(yè)軟件和知識產(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)開源軟件并不一定比商業(yè)軟件節(jié)省開發(fā)和運(yùn)行成本。一般來講，成熟的嵌入式軟件需要經(jīng)過至少5年的開發(fā)和驗(yàn)證時間，而且需要一個開發(fā)和支持團(tuán)隊(duì)，這樣的模式對于嵌入式軟件平臺尤為重要。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(除信息娛樂部分外)，采用Linux和其他開源軟件都比較少。開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、合作伙伴和開源社區(qū)共同完成一個項(xiàng)目。

6 小 結(jié)
    嵌入式系統(tǒng)的多樣性和廣泛性決定了開源軟件在其中巨大的生存和發(fā)展空間。開源軟件的開放性、靈活性、低成本開發(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挑戰(zhàn)和創(chuàng)新。開源技術(shù)和思想對于嵌入式系統(tǒng)中的各個學(xué)科都將產(chǎn)生積極影響。