嵌入式操作系統的趨勢探討

　　摘要：探討了嵌入式操作系統的最新趨勢，尤其是硬實時、在電信業中的應用。

　　嵌入式操作系統的特點

　　嵌入式操作系統正變得流行，因為處理器變得越來越復雜，嵌入式系統正朝網絡連接化發展，系統必須簡單易用，安全越來越重要，上市時間越來越快。

　　QNX軟件系統有限公司產品管理總經理Grant Courville認為,許多年前，汽車制造商就認識到親力親為生產出汽車內所需的每一個零部件既不現實，也不能獲利。他們開始依靠供應商來提供從輪胎、方向盤到電子引擎控制器等各種組件。

　　QNX產品管理總經理Grant Courville

　　生產嵌入式系統的公司也開始認識到同樣的問題。這些公司以前一貫編寫并維護自己的軟件，包括自己的操作系統。但市場已經演進，絕大多數“原生”的操作系統已經無法應對嵌入式系統的復雜程度。因此，許多制造商開始采用現成的操作系統。

　　個中原因一目了然。其一，處理器已經變得非常復雜，往往集成兩個或多個處理內核。設計一個跨多內核、可同時運行多個軟件任務的操作系統是一項龐大的工程，需要高度專業的軟件開發人員。因此，許多公司已經意識到他們需要使用的是專為多內核處理器設計的成熟的商業操作系統。

　　嵌入式系統正朝網絡連接化發展，支持遠程控制和現場軟件升級。許多嵌入式系統還需要圖形用戶界面、數據存儲和無線網絡功能。這一系列的要求為功能完善的操作系統創造了用武之地，在支持復雜的軟件設計的同時提供高可靠性，快速和實時性能的保證。

　　然而，系統設計的復雜性不能轉嫁給最終用戶。系統必須保持簡單易用。新型的智能手機已經證明，小型設備也可以支持一個具有完整的多點觸摸屏幕、流暢的畫面切換和動畫的直觀用戶界面。從經濟的角度來看，除非操作系統支持這些功能，否則創造這些吸引人的、易于使用的功能是不可行的。因此，對于能夠支持硬件加速2D和3D圖形和高層次用戶界面設計工具的操作系統的需求不斷增長。而且因為沒一項圖形技術能夠滿足每一個要求，制造商需要的操作系統必須支持多種圖形技術在同一個屏幕上的顯示，如HTML5和OpenGL ES。

　　隨著設備的連接性和復雜性日益增長，對安全問題的關注也開始升級。許多制造商面臨著越來越大的壓力，要遵從功能安全標準，例如IEC 61508 SIL 3，也要符合信息安全標準，例如ISO/IEC 15408 EAL 4+。即使認證不是一個現有要求，制造商在系統設計上也應未雨綢繆，盡量控制未來的達標難度。為了幫助制造商實現這一目標，現在一些操作系統廠商提供未經認證的、但無需修改應用程序編程接口(API)就可以升級到認證版本的操作系統。

　　由于用戶期望值快速發展，許多制造商在選擇其操作系統時著眼于未來。這為微內核操作系統提出了要求，那就是系統內的設備驅動器、網絡棧以及其它系統服務作為獨立的、內存保護進程在操作系統內核外運行。這種模塊化的結構提供了極大的靈活性，允許制造商快速添加或刪除服務，或以新的、特定應用程序功能擴展操作系統，而無需修改核心操作系統。同樣重要的是，這種結構通過阻止軟件組件中的錯誤損害其它組件或操作系統來提供高可靠性。總而言之，嵌入式系統越復雜，他們就越需要操作系統提供靈活性和保護。

　　嵌入式硬實時操作系統的趨勢

　　嵌入式系統中硬實時越來越重要。美國風河系統公司中國總經理韓青指出，當你從事設備軟件開發時，首先需要知道該系統究竟屬于硬實時(hard real-time)、軟實時還是非實時系統。這三種系統所要求的編程技術和規范存在很大差別。

　　風河公司中國總經理韓青

　　硬實時與軟實時之間最關鍵的差別在于，軟實時只能提供統計意義上的實時，而不是100%的實時。在一些情況下，這樣的“軟性”正確率已經可以達到用戶期望的水平。比如，用戶在操作DVD播放機時，只要98%的情況都能正常播放，用戶可能就滿意了;而發射衛星、控制核反應堆的應用系統，這些系統的實時性必須達到100%，是絕對不允許出現意外的。風河VxWorks就是100%的硬實時系統。

　　對于軟實時系統，就有一個“硬”到什么程度的問題。風河于2007年從FSMLabs購買了硬實時Linux技術——RTLinux，并將其與風河的Linux設備軟件平臺的結合，為電子設備制造商提供一套成熟、可靠的新技術，用于開發和部署各種基于Linux的下一代應用，滿足電子設備制造商們對“硬實時”特性的較高需求，例如功能型手機、需要高容量流媒體的數字圖像應用以及包括車輛避撞系統在內的各類車載應用等。其中，已集成RTLinux技術的Wind River Linux 4 可以把各種基于Linux的高速包交換設備軟件應用提升到高性能級別。

　　嵌入式操作系統在電信業的展望

　　電信業是嵌入式操作系統的一個重要應用。讓我們看看最近的幾個新聞消息。第一，iPhone 4S使電信數據通訊流量增長率1倍;第二，移動視頻的普遍使用可能引發網絡擁塞的浩劫;第三，Verizon將會在智能手機和平板電腦中全面支持LTE。

　　面對電信業網絡流量可能發生的浩劫，需要長期未雨綢繆。例如，風河公司特別推出了能夠充分發揮最新多核處理技術潛能的Wind River Network Acceleration Platform(風河網絡加速平臺)，其最大的特色就是以超高的速度進行IP包轉發，目的是為了幫助電信設備制造商快速低成本地推出基于多核處理的網絡設備。云計算的普及應用為電信業帶來了空間的機遇與挑戰，而嵌入式操作系統在其中扮演及其重要的角色，因為與服務器廠商相比，電信也對高性能、高可靠性嵌入式系統的需求要強烈得多。

　　這需要嵌入式操作系統供應商充分發揮在多核處理、高可靠性、高安全性方面的專業優勢和經驗，提供最有效的解決方案。

　　參考文獻：

　　[1]迎九.軟件安全成為嵌入式云計算的熱點.電子產品世界,2011(12):32

　　[2]王瑩. 嵌入式系統與FPGA的最新動向. 電子產品世界,2011(3):10

　　[3] 倪光南.破壞式創新與嵌入式軟件探析.電子產品世界,2011(1-2):9