贏得設計成功的嵌入式Linux
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嵌入式Linux幫助贏得主流手機設計成功
半導體廠商希望借助Linux來銷售芯片
入門級硬件使得售價低于200美元的關鍵產品的實現成為可能
開放源雖能提供自由度卻引起了IP版權問題
桌面操作系統采用類似Windows XP的界面
就在短短5年前的一次設計審 查會上，大家對我提出的考慮——將Linux用于嵌入式系統用戶界面與管理控制的建議——反應冷淡。反對這一建議的理由包括：Linux不能快速響應實時事件、開放源代碼界對軟件支持的擔心、以及對未來不可預測事情的顧慮等，評審組最終選擇了Windows CE。當時，客觀地講，還沒有完全適合嵌入式系統開發的主流操作系統派生產品，因此大多數設計均采用專用解決方案，如QNX Neutrino或Wind River公司的 VxWorks等。與此同時，主流產品界與開放源代碼界正忙于利用其核心軟件架構來滿足占板面積小的嵌入式系統的需求。結果，在去年2月舉行的3GSM世界大會上，像英飛凌 (Infineon)、飛利浦 (Philips)、三星 (Samsung) 及意法半導體 (STMicroelectronics) 等行業巨頭，都公布了采用Linux的手機產品。在其他場合，飛思卡爾 (Freescale) 公司的軟件子公司Metrowerks推出了適合汽車電子的Linux——主要用于車內娛樂設備。就在上個月，Xilinx公司發布了一個用于其免費下載Webpack FPGA開發環境的Linux端口，這預示著Linux操作系統正逐漸在工程領域得到同行的認可。那么Linux對嵌入式系統開發到底有多大用處？同樣重要的問題是，它啟動時又有多大難度？
首先，必需將硬實時操作系統與軟實時操作系統區分開，前者可保證不會錯過最后期限并能準確地了解工程的進度，后者則通常需要在一個特定時間范圍內才能完成任務。像QNX、VxWorks及其他一些開發環境——如LiveDevices公司的Realogy套件及Volcano公司的汽車聯網系列產品等，均可處理需要有充分確定性響應時間的關鍵任務（參考文獻1）。但據EDN編輯Warren Webb最新報道，目前有許多可用來滿足實時需求的商業性Linux產品，如LynuxWorks公司用于補充其LynxOS產品的BlueCat Linux以及即將推出的Red Hat Embedded Linux，是堅持Red Hat的Linux 與將Linux及VxWorks融合在一起的全球最大商用RTOS供應商Wind River公司共同協作的結果（參考文獻2）。而最近進行的一系列發布，如General Dynamics Advanced Information Systems（通用動態高級信息系統）選擇LynuxWorks公司的安全應急LynxOS-178 RTOS來開發美國陸軍未來戰斗系統 (FCS)的基礎設施等，則表明這些進展意味著巨大的商機，
盡管這些系統都與Linux兼容，但它們還是不可避免地采用了專用軟件來滿足客戶的需求。例如，MontaVista公司對Linux內核進行了修改以滿足其運營商級產品的如下需求，即增加大量預占點來將最壞情況下的延時從大于100ms縮短至小于1ms，以適應在電信基礎設施中使用。此外，由FSMLabs公司提供的RTLinuxPro，將Linux作為一個在硬實時操作系統內核監控下的空閑線程來運行，在一個典型x86平臺上可保證最壞情況下的中斷延時為13ms，并允許無縫訪問Linux環境。歐洲市場的興趣來自意大利軟件開發商Koan，Koan公司的Klinux采用由Polytechnic of Milan航空航天工程系RTAI項目開發的實時應用接口 (RTAI) 內核擴展來提供硬實時響應。在獲得免許可的開放源代碼條件下，Koan正致力于將其系統移植到包括x86、ARM、PowerPC及Xscale架構的處理器上，這些產品主要用于工業控制。
讓我們回到消費電子市場，信息娛樂與手機應用的迅猛發展預示著嵌入式Linux會更加廣泛地用于對任務苛刻程度與實時響應沒有那么嚴格要求的設備中。當然，Linux已經在可靠性與安全性方面獲得了很好的聲譽，正因為如此，移動電話運營商Orange與意法半導體公司最近決定對嵌入式Linux系統的研發進行聯合投資，該操作系統用于在意法半導體公司基于ARM的Nomadik處理器上運行的一個安全電子手機付費程序。但Linux傳統的反應時間遲緩已經在很多場合妨礙了它的應用，這是由于它原有內核的非預占性設計而造成的，其運行任務會停止中斷，并且其調度程序采用了一種公平算法來保證所有任務均分享一部分處理器時間，而不考慮任務的優先級。這種內核還依靠任務之間的頁面交換，因此不能在必需適應異步事件的系統中對時序進行準確地預測。此外，它還要求用存儲器管理單元 (MMU) 來進行存儲器保護以及方便多任務處理。
當前的2.6版內核進一步減少了延時并擁有許多嵌入式友好特性，包括構建用于不需要用戶界面的設備的小占板面積內核選項。在從過渡版2.5開始發布的內核中，系統核心是所謂的O(1)調度程序，它增加了內核預占、任務優先級與一個專用時間限制程序。基于Linux 的電話系統制造商Digium公司總裁Mark Spencer聲稱，無需對內核進行額外的修改，Linux操作系統的性能就能勝任軟實時應用，他說：“大多數先進PC平臺可處理多達每秒1000個硬件中斷，這對于Digium公司的Asterisk系統核心部分的時分多路復用總線來說已經足夠”。他認為Linux 的一個重要優點是它能適應從小型嵌入式平臺直至超級計算機的升級，并且還能與PC開發并行進行。他說：“一開始，PC只運行字處理軟件與電子表格軟件，但它們很快便開始取代小型機并在計算領域占優勢。與此相似，Linux正變得無處不在，現在其產品出現在各種不同的應用領域中”。Spencer堅持認為Digium公司應繼續開發它的開放源代碼Asterisk產品，而且公司還可以將許可授給第三方以進行專用軟件開發，這代表了Linux商業合作的運營模式，他說：“我們剛剛推出了Asterisk商業版，并正在開發更多的PBX基礎設施硬件，包括一種回波消除卡”。
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