嵌入式LINUX：通信設備中的主流嵌入式操作系統

技術和軟件設計方法的演變促進了嵌入式Linux應用
嵌入式Linux在嵌入式系統使用的制約因素之一是，資源占用比一般的RTOS要大，即需要更強大的CPU和占用更多的內存。但按照Moore定律，CPU的集成度每18個月就會翻一倍，目前在市場上，10美元可以買到32位嵌入式CPU (100MHz主頻左右)。另外，從內存來看，市場上的SDRAM和Flash從早期512k到目前，基本上都是大于2M的器件，從市場上國內外通信設備看(除部分信息家電產品)，很少有小于4M甚至8M內存的系統，那么傳統的50K RTOS的內核有什么必要？
嵌入式軟件設計方法已經從70年代一個主循環程序加上若干個ISR(中斷處理程序)，80、90年代是RTOS內核，ISR和若干個任務(線程)到今天嵌入式系統已經包含完整操作系統(內核、設備驅動、TCP/IP網絡、文件系統、圖形)、軟件中間件(如各種標準通訊協議、嵌入式數據庫)、Java和應用軟件。軟件的工作量和投入的人力資源及成本均遠遠大于硬件，并已成為通信設備的主要增值部分。硬件技術和工藝的發展為嵌入式系統設計方法演變為嵌入式Linux在通信設備中的應用奠定了基礎。

為什么要使用LINUX？
自1989年芬蘭赫爾辛基大學學生Linus Torvald發布了一個新的Unix變種—Linux到今天，各種Linux系統已經成功應用于服務器、嵌入式系統和桌面系統，因為可以獲得源代碼，應用程序的調試和維護變得容易，通過開放源碼社區，工程師可以得到最前沿的技術和應用，這將大大加快產品開發周期。Linux遵守GDL(通用公共許可)，沒有版稅，也沒有項目和人數限制(而傳統RTOS或私有軟件都有項目、人數、產品系列型號限制或收費上的不同)。使用Linux將大大降低產品研發和最終產品成本，特別在2001年全球經濟走軟(通信制造業尤為受到重創)的情況下，Linux就更受到普遍的歡迎。
Linux 的代碼質量和產品維護是目前許多人介意或傳統的RTOS供應商所攻擊的話題之一。我們知道，Linux不是由某家公司私自擁有，在遼闊的開放源碼的世界和Linux社區中，有數萬名自由軟件愛好者和黑客，數百家Linux發行版的公司和Linux服務咨詢公司在為一個共同的軟件和開放的標準工作。從另外一個角度，大型的硬件制造商如IBM投資十億美元用于Linux開發，以保證它的服務器和應用軟件支持Linux 操作系統，其他硬件廠家如惠普也表示出對Linux極大的信心。半導體制造商Intel 除了投資Linux公司(如Montavista)外，還親自操刀加入TLT電信Linux技術的標準制定和實現。Intel x86CPU和StrongARM/ Xscale嵌入式CPU都全面支持Linux，IBM和Motorola的半導體部也有同樣舉措。這樣就形成了一個巨大群體：即半導體、單板機、系統、軟件中間件廠商以及Linux社區，Linux發行版公司和Linux服務商都在支持Linux(包含嵌入式Linux)的發展、維護。已經成功開發了數萬種以上的各種應用，其結果遠遠超過由數十名工程師開發、維護，經過十余年發展才有幾百種應用的專用RTOS，相比較，Linux和嵌入式Linux是完全可以信賴的。此外Linux高性能的TCP/IP和網絡安全性、穩定性，已經在業界得到廣泛的認可。這對通信設備制造商選擇Linux是一種極大的鼓勵。在市場上我們看到，嵌入式Linux經過過去3-5年的發展并借助Linux10余年的成功經驗，已經在各種通信產品中獲得廣泛應用。從各種互聯網相關的信息家電到通信基礎設備，嵌入式Linux應用隨處可見。

嵌入式Linux迎合新一代通信設備的發展需要
“我們正處在前所未有的通信網絡變化的黎明，這種變化遠遠比25年前模擬網絡轉變到數字通信網絡的變化大得多。這種變化用一句話說就是‘集中：未來的通信網絡將集中所有通信和分布式計算。’這里面包含了通信的各個層面：語音、圖像、數據、控制和網絡管理。”
未來的通信網絡將由三個層面組成：
?互通層：這里包含了路由器、交換機、接入服務器和網關。
?控制層：這里包含了軟交換、7號信令系統、PBX等網絡設備。
?應用層；這里包含了Web、數據庫、計費和網絡管理。
嵌入式Linux與傳統的RTOS(過去較多的應用在互通層設備)和大型的Unix或Sun Soloris系統 (較多在應用層服務器)在這三個層面展開了競爭，目前Linux已經有了相當多的成功應用。
我們知道Linux源于Unix，而后者與TCP/IP有不解之緣。Netcrate調查顯示，基于Linux的Apache Web服務器占56.81%份額。嵌入式Linux在網絡方面的優勢表現在以下三個方面：
?Linux內核本身就包含豐富的網絡協議和TCP/IP(IPv4和IPv6)協議，如DNS、Http(Apaucle，goahead等)和網絡管理的SNMP(V1/2/3)等。
?有為數眾多的開放源碼網絡項目。如Linux ATM， Linux ISDN， 802.1Q(VlAN)，LDAP， MDLS， Linux Firewall， Linux Router， VPN， IPsec Open SSL， CORBR / DCCOM， 802.11b，Bluetooth， IPv6， OSPF/BGP等。
?Linux TCP/IP效率遠遠高于傳統的RTOS。
據法國Interface concepts的測試，他們在使用Montavista Linux時發現，TCP/IP的吞吐率比以前的VRTX和PSOS快5-10倍。
隨著嵌入式Linux在通信設備的廣泛應用，眾多第三方的應用軟件也已經支持Linux，其中有Netplane(MPLS、Iprouting和ATM)，Trilium (SS7、VOIP)，LVL7(L2/L3交換和路由協議)，Solid(嵌入式數據庫)等。
而象Ipinfusion和Nexthop等是靠維護、支持Zebra SPF/BGP和Ggate路由協議而生存的。它們更像是Linux系統咨詢服務商。
新一代通信設備離不開高效的網絡處理器，目前嵌入式Linux(如Montavista)已經支持了Intel Ixp1200、425、80310，Motorola 8xx/82xx Galileo，MMU，IBM405NP。Broadcom和IDT等公司的網絡處理器，嵌入Linux主要是在控制平面處理路由和網管，而網絡處理器主要處理L2數據流。

Montavista 嵌入式Linux
當工程師決定了在一個新的項目中采用嵌入式Linux以后，會面臨這樣一個問題：是自己做還是選擇一家嵌入式Linux發行版公司或嵌入式Linux服務商。原則上講，可以從網上獲得全部的Linux資源，但是要花費相當多的時間使它們集成在一起并協調工作。這決非用幾天或幾周可以完成的工作，而且需要相當多的專業計算和操作系統的知識，而如果使用嵌入式Linux發行版公司，可以使你專注在核心業務。一般情況下，嵌入式Linux供應商都會承諾一年或更長時間的升級服務，這使得設計人員的Linux可以跟上不斷發展變化的Linux 技術。而且嵌入式Linux供應商都在自己的發行版或專業服務中增加某些關鍵技術：Montavista在自己的Montavista Linux中增加了可搶占內核和實時調度器，以提高實時響應。
另外，在整個產品開發過程中，嵌入式Linux供應商可以提供目標環境的支持，如Power PC移植(一般Linux應用是在X86平臺上)、免費的技術培訓、咨詢和新版本的升級，有些公司還可以有VIP的服務，如現場支持、專家的熱線服務和快速修補軟件錯誤。
Montavista 是目前國際上最著名的嵌入式Linux發行版和服務供應商。Montavista產品名稱是Montavista Linux (原HardHad Linux)，支持x86、ppc、ARM、xstrong ARM/Xscale、Mip、SH6大CPU系列有共近80余種單板的LSP設備驅動程序(相當于BSP)，它目前有以下幾個產品：Montavista Linux專業版2.1，Montavista Carrier Grade版本2.1，Java模塊，Montavista圖形模塊，QT/Embedded圖形等。Montavista Linux2.1基于2.4.17內核，增加可搶占內核，實時調度器，最新的GNU工具鏈，目標配置和庫優化器，KDE集成開發環境，802.11b協議，日志文件系統和小腳印的Web服務器：Thttpd.。
Montavista、Intel、Nokia、Alcatel、Cisco 等公司參加的OSDL論壇，是指導Carrier Grade Linux開發并推動未來一代通信系統的組織。Carriex Grage Linux構造在Linux開放的體系結構上，并遵守高可靠性的電信級需求。第一個商業產品Montavista Carrier Grad Linux2.1版本已經正式發表。
自1997年成立以來，Montavista Linux已經成功地開發出400多種應用，典型的通信產品有：Nokia Flexi Server (移動控制功能模塊的管理和信令平臺)，3com 的Kerbungo Internet收音機，Cyclades 的接入服務器，Interface Concept的以太網交換機和ITT宇航通訊部的無線收發機等。■(轉載自《通訊世界》)