嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的現(xiàn)狀和未來(lái)

　　內(nèi)容摘要：從RTOS（嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)）發(fā)展的歷史、RTOS市場(chǎng)和技術(shù)發(fā)展的變化、RTOS的未來(lái)及RTOS在中國(guó)幾個(gè)方面，給出RTOS的現(xiàn)狀、未來(lái)發(fā)展方向及RTOS的應(yīng)用領(lǐng)域：系統(tǒng)級(jí)、板級(jí)、SOC級(jí)。 

　　隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的迅速發(fā)展，嵌入式微處理器的應(yīng)用日益廣泛，無(wú)處不在，從波音飛機(jī)到移動(dòng)電話，都有嵌入式微處理器的存在。在嵌入式微處理器的應(yīng)用開發(fā)中，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱RTOS）是核心軟件，就像我們?nèi)粘Ｋ糜?jì)算機(jī)的桌面系統(tǒng)中，微軟公司的Windows 98一樣重要。RTOS 已經(jīng)在全球形成了1個(gè)產(chǎn)業(yè)，據(jù)美國(guó)EMF(電子市場(chǎng)分析)報(bào)告，1999年全球RTOS市場(chǎng)產(chǎn)值達(dá)3.6億美圓，而相關(guān)的整個(gè)嵌入式開發(fā)工具（包括仿真器、邏輯分析儀、軟件編譯器和調(diào)試器）則高達(dá)9億美圓。 

　　一、 RTOS發(fā)展歷史 
　　
　　從1981年Ready System發(fā)展了世界上第1個(gè)商業(yè)嵌入式實(shí)時(shí)內(nèi)核（VRTX32），到今天已經(jīng)有近20年的歷史。20世紀(jì)80年代的產(chǎn)品還只支持一些16位的微處理器，如68k,8086等。這時(shí)候的RTOS還只有內(nèi)核，以銷售二進(jìn)制代碼為主。當(dāng)時(shí)的產(chǎn)品除VRTX外，還有IPI公司的MTOS和80年代末ISI公司的PSOS。產(chǎn)品主要用于軍事和電信設(shè)備。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，現(xiàn)代操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，如微內(nèi)核設(shè)計(jì)技術(shù)和模塊化設(shè)計(jì)思想，開始滲入RTOS領(lǐng)域。老牌的RTOS廠家如Ready System（在1995年與Microtec Research合并），也推出新一代的 VRTXsa實(shí)時(shí)內(nèi)核，新一代的RTOS廠家Windriver推出了Vxwork。另外在這個(gè)時(shí)期，各家公司都有力求擺脫完全依賴第三方工具的制約，而通過(guò)自己收購(gòu)、授權(quán)或使用免費(fèi)工具鏈的方式，組成1套完整的開發(fā)環(huán)境。例如，ISI公司的Prismt、著名的Tornado(Windriver)和老牌的Spectra(VRTX開發(fā)系統(tǒng))等。 
　　
　　進(jìn)入20世紀(jì)90年代中期，互聯(lián)網(wǎng)之風(fēng)在北美日漸風(fēng)行。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商、終端產(chǎn)品制造商都要求RTOS有網(wǎng)絡(luò)和圖形界面的功能。為了方便使用大量現(xiàn)存的軟件代碼，他們希望RTOS廠家都支持標(biāo)準(zhǔn)的API，如POSIX， Win32等，并希望RTOS的開發(fā)環(huán)境與他們已經(jīng)熟悉的UNIX，Windows一致。這個(gè)時(shí)期代表性的產(chǎn)品有Vxwork，QNX, Lynx和WinCE等。 

　　二、 RTOS市場(chǎng)和技術(shù)發(fā)展的變化 
　　
　　可以看出，進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，RTOS在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的主導(dǎo)地位已經(jīng)確定，越來(lái)越多的工程師使用RTOS，更多的新用戶愿意選擇購(gòu)買而不是自己開發(fā)。我們注意到，RTOS的技術(shù)發(fā)展有以下一些變化：
　　
　　1． 因?yàn)樾碌奶幚砥髟絹?lái)越多，RTOS自身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更易于移植，以便在短時(shí)間內(nèi)支持更多種微處理器。 

　　2．開放源碼之風(fēng)已波及RTOS廠家。數(shù)量相當(dāng)多的RTOS廠家出售RTOS時(shí)，就附加了源程序代碼并含生產(chǎn)版稅。 

　　3． 后PC時(shí)代更多的產(chǎn)品使用RTOS，它們對(duì)實(shí)時(shí)性要求并不高，如手持設(shè)備等。微軟公司的WinCE,Plam OS, Java OS等ＲＴＯＳ產(chǎn)品就是順應(yīng)這些應(yīng)用而開發(fā)出來(lái)的。 

　　4． 電信設(shè)備、控制系統(tǒng)要求的高可靠性，對(duì)ＲＴＯＳ提出了新的要求。瑞典Enea公司的ＯＳＥ和WindRiver 新推出的Vxwork ＡＥ對(duì)支持ＨＡ（高可用性）和熱切換等特點(diǎn)都下了一番功夫。 

　　5． Windriver收購(gòu)了ＩＳＩ，在RTOS市場(chǎng)形成了相當(dāng)程度的壟斷，但是由于Windriver決定放棄　PSOS，轉(zhuǎn)為開發(fā)Vxwork與PSOS合二為一版本，這便使得PSOS用戶再一次走到重新選擇RTOS的路口，給了其他RTOS廠家1次機(jī)會(huì)。 

　　6． 嵌入式Linux已經(jīng)在消費(fèi)電子設(shè)備中得到應(yīng)用。韓國(guó)和日本的一些企業(yè)都推出了基于嵌入式Linux的手持設(shè)備。嵌入式Linux得到了相當(dāng)廣泛的半導(dǎo)體廠商的支持和投資，如Intel和 Motorola。  
三、 RTOS的未來(lái)

　　未來(lái)RTOS的應(yīng)用可能劃分為3個(gè)不同的領(lǐng)域：
　　
　　1． 系統(tǒng)級(jí)：指RTOS運(yùn)行在1個(gè)小型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中完成實(shí)時(shí)的控制作用。這個(gè)領(lǐng)域?qū)⒅饕俏④浥cSun競(jìng)爭(zhēng)之地，傳統(tǒng)上Unix在這里占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。Sun通過(guò)收購(gòu)，讓他的Solaris與 Chrous os（原歐洲的1種RTOS）結(jié)合，微軟力推NT的嵌入式版本"Embedded NT"。此外，嵌入式Linux將依托源程序碼開放和軟件資源豐富的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)入系統(tǒng)級(jí)RTOS的市場(chǎng)。

　　2． 板級(jí)：傳統(tǒng)的RTOS的主要市場(chǎng)。如Vxwork, PSOS, QNX, Lynx和VRTX的應(yīng)用將主要集中在航空航天、電話電訊等設(shè)備上。

　　3． SOC級(jí)（即片上系統(tǒng)）：新一代RTOS的領(lǐng)域：主要應(yīng)用在消費(fèi)電子、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和手持設(shè)備等產(chǎn)品上。代表的產(chǎn)品有Symbian 的Epoc、ATI 的Nucleus, Express logic 的Threadx。老牌的RTOS廠家的產(chǎn)品VRTX和Vxwork 也很注意這個(gè)市場(chǎng)。
　　
　　從某種程度講，不會(huì)出現(xiàn)1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的RTOS（像微軟的Windows在桌面系統(tǒng)中的地位一樣），因?yàn)榍度胧綉?yīng)用本身就極具多樣性。在某個(gè)時(shí)間段以及某種行業(yè)，會(huì)出現(xiàn)1種絕對(duì)領(lǐng)導(dǎo)地位的RTOS，比如今天在寬帶的數(shù)據(jù)通信設(shè)備中的Vxwork和在亞洲手持設(shè)備市場(chǎng)上的WinCE就是一例子。但是，這種壟斷地位也并不是牢不可破的，因?yàn)樵谀撤N程度上用戶和合作伙伴更愿意去培養(yǎng)1個(gè)新的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。比如，Intel投資的Montivista和Motorola投資的Lineo，這兩家嵌入式Linux系統(tǒng)，就是說(shuō)明半導(dǎo)體廠商更愿意看到1個(gè)經(jīng)濟(jì)適用的、開放的RTOS環(huán)境。

　　四、 RTOS在中國(guó)
　　
　　中國(guó)將是世界上最大的RTOS市場(chǎng)之一。因?yàn)橹袊?guó)有著世界上最大的電信市場(chǎng)。據(jù)信息產(chǎn)業(yè)部預(yù)計(jì)，在未來(lái)2~3年內(nèi)，中國(guó)將是世界上最大的手機(jī)市場(chǎng)（每1部手機(jī)都在運(yùn)行1個(gè)RTOS）。

　　這樣龐大的電信市場(chǎng)就會(huì)孕育著大量的電信設(shè)備制造商，這就造就了大量的RTOS和開發(fā)工具市場(chǎng)機(jī)會(huì)。目前，中國(guó)的絕大多數(shù)設(shè)備制造商在采用RTOS時(shí)，首先考慮的還是國(guó)外產(chǎn)品。

　　目前，在中國(guó)市場(chǎng)上流行的RTOS主要有Vxwork, PSOS, VRTX, Nucleus，QNX和WinCE等。由于多數(shù)RTOS是嵌入在設(shè)備的控制器上，所以多數(shù)用戶并不愿意冒風(fēng)險(xiǎn)嘗試1種新的RTOS。
　　
　　但是我們同時(shí)也注意到，目前 RTOS在中國(guó)市場(chǎng)的銷售額還很小，這主要是2個(gè)原因：
　　
　　1．中國(guó)設(shè)備制造商的規(guī)模普遍還無(wú)法與國(guó)外公司相比，開發(fā)和人員費(fèi)用相對(duì)還較高，所以RTOS對(duì)于中國(guó)用戶來(lái)講是比較貴的。

　　2．多數(shù)國(guó)內(nèi)用戶還沒(méi)有開始購(gòu)買RTOS的版稅，其主要原因有：產(chǎn)品未能按計(jì)劃批量生產(chǎn)，沒(méi)有交版稅的意識(shí)。應(yīng)該注意，大多數(shù)二進(jìn)制的RTOS必須在產(chǎn)品量產(chǎn)時(shí)交版稅，或者按數(shù)量買或者與廠家討論一次性買斷，而由廠家直接發(fā)給你授權(quán)協(xié)議書。據(jù)國(guó)外某家RTOS廠家稱，他們年收入的30%來(lái)自版稅。
　　
　　在過(guò)去的幾年中，國(guó)家研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)，已經(jīng)在開發(fā)自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的RTOS或在開放源碼的Linux基礎(chǔ)上發(fā)展自己的嵌人式Linux版本。國(guó)產(chǎn)RTOS的市場(chǎng)主要集中在消費(fèi)電子方面，因?yàn)檫@里有許多國(guó)外RTOS不能適應(yīng)的部分，如中文處理。目前主要產(chǎn)品有：中科院系統(tǒng)的 "女媧"，英文 是"Hopen"；北京科銀京成(原電子科大)的δ OS（原名是CRTOS）;中科院紅旗Linux；深圳藍(lán)點(diǎn)Linux。可以肯定地講，目前這些RTOS市場(chǎng)占有率還很低，多數(shù)公司還是依靠政策支持、國(guó)內(nèi)投資、海外上市等支持公司龐大的開發(fā)投入，真正的市場(chǎng)回報(bào)還只是杯水車薪。如何長(zhǎng)期良性循環(huán)發(fā)展下去將是1個(gè)重要的題目。對(duì)于這些廠家而言，如果深入到某種特定的應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)，如機(jī)頂盒，那將可能會(huì)等到一兩家用戶的支持，而同時(shí)將會(huì)失去更多的用戶。因?yàn)橛脩糁g有很強(qiáng)烈的競(jìng)爭(zhēng)性，他們并不想讓供應(yīng)商參與他們的產(chǎn)品開發(fā)的全過(guò)程。
　　
　　如何開發(fā)出1種通用的RTOS，使得用戶易于使用，方便地裁剪到某系統(tǒng)中去，國(guó)外商用RTOS已經(jīng)很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。中國(guó)人設(shè)計(jì)的RTOS應(yīng)更多地適于中國(guó)的國(guó)情，除了中文處理，中國(guó)有著廣泛的單片機(jī)的應(yīng)用基礎(chǔ)。開發(fā)設(shè)計(jì)1種簡(jiǎn)單、易用的RTOS開發(fā)環(huán)境，以中國(guó)人可以接受的價(jià)格和更為務(wù)實(shí)的技術(shù)支持手段推出，也許可以找到1種正常的市場(chǎng)回報(bào)途徑。

　　RTOS產(chǎn)業(yè)是1個(gè)循序漸進(jìn)的產(chǎn)業(yè)，任何急功近利的做法都將導(dǎo)致功虧一簣。用戶熟悉1種RTOS需要1個(gè)相當(dāng)?shù)倪^(guò)程和廠家的支持，同時(shí)用戶也不愿意輕易放棄1種RTOS。我們相信中國(guó)人自己開發(fā)設(shè)計(jì)的RTOS一定會(huì)得到國(guó)人的認(rèn)可，有著無(wú)限光明的前途。 

 
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