嵌入式LINUX：通信設(shè)備中的主流嵌入式操作系統(tǒng)

技術(shù)和軟件設(shè)計(jì)方法的演變促進(jìn)了嵌入式Linux應(yīng)用
嵌入式Linux在嵌入式系統(tǒng)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(qiáng)大的CPU和占用更多的內(nèi)存。但按照Moore定律，CPU的集成度每18個(gè)月就會(huì)翻一倍，目前在市場(chǎng)上，10美元可以買到32位嵌入式CPU (100MHz主頻左右)。另外，從內(nèi)存來看，市場(chǎng)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(chǎng)上國內(nèi)外通信設(shè)備看(除部分信息家電產(chǎn)品)，很少有小于4M甚至8M內(nèi)存的系統(tǒng)，那么傳統(tǒng)的50K RTOS的內(nèi)核有什么必要？
嵌入式軟件設(shè)計(jì)方法已經(jīng)從70年代一個(gè)主循環(huán)程序加上若干個(gè)ISR(中斷處理程序)，80、90年代是RTOS內(nèi)核，ISR和若干個(gè)任務(wù)(線程)到今天嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)包含完整操作系統(tǒng)(內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動(dòng)、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)、文件系統(tǒng)、圖形)、軟件中間件(如各種標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議、嵌入式數(shù)據(jù)庫)、Java和應(yīng)用軟件。軟件的工作量和投入的人力資源及成本均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于硬件，并已成為通信設(shè)備的主要增值部分。硬件技術(shù)和工藝的發(fā)展為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法演變?yōu)榍度胧絃inux在通信設(shè)備中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

為什么要使用LINUX？
自1989年芬蘭赫爾辛基大學(xué)學(xué)生Linus Torvald發(fā)布了一個(gè)新的Unix變種—Linux到今天，各種Linux系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于服務(wù)器、嵌入式系統(tǒng)和桌面系統(tǒng)，因?yàn)榭梢垣@得源代碼，應(yīng)用程序的調(diào)試和維護(hù)變得容易，通過開放源碼社區(qū)，工程師可以得到最前沿的技術(shù)和應(yīng)用，這將大大加快產(chǎn)品開發(fā)周期。Linux遵守GDL(通用公共許可)，沒有版稅，也沒有項(xiàng)目和人數(shù)限制(而傳統(tǒng)RTOS或私有軟件都有項(xiàng)目、人數(shù)、產(chǎn)品系列型號(hào)限制或收費(fèi)上的不同)。使用Linux將大大降低產(chǎn)品研發(fā)和最終產(chǎn)品成本，特別在2001年全球經(jīng)濟(jì)走軟(通信制造業(yè)尤為受到重創(chuàng))的情況下，Linux就更受到普遍的歡迎。
Linux 的代碼質(zhì)量和產(chǎn)品維護(hù)是目前許多人介意或傳統(tǒng)的RTOS供應(yīng)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(qū)中，有數(shù)萬名自由軟件愛好者和黑客，數(shù)百家Linux發(fā)行版的公司和Linux服務(wù)咨詢公司在為一個(gè)共同的軟件和開放的標(biāo)準(zhǔn)工作。從另外一個(gè)角度，大型的硬件制造商如IBM投資十億美元用于Linux開發(fā)，以保證它的服務(wù)器和應(yīng)用軟件支持Linux 操作系統(tǒng)，其他硬件廠家如惠普也表示出對(duì)Linux極大的信心。半導(dǎo)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(shù)的標(biāo)準(zhǔn)制定和實(shí)現(xiàn)。Intel x86CPU和StrongARM/ Xscale嵌入式CPU都全面支持Linux，IBM和Motorola的半導(dǎo)體部也有同樣舉措。這樣就形成了一個(gè)巨大群體：即半導(dǎo)體、單板機(jī)、系統(tǒng)、軟件中間件廠商以及Linux社區(qū)，Linux發(fā)行版公司和Linux服務(wù)商都在支持Linux(包含嵌入式Linux)的發(fā)展、維護(hù)。已經(jīng)成功開發(fā)了數(shù)萬種以上的各種應(yīng)用，其結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過由數(shù)十名工程師開發(fā)、維護(hù)，經(jīng)過十余年發(fā)展才有幾百種應(yīng)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(wǎng)絡(luò)安全性、穩(wěn)定性，已經(jīng)在業(yè)界得到廣泛的認(rèn)可。這對(duì)通信設(shè)備制造商選擇Linux是一種極大的鼓勵(lì)。在市場(chǎng)上我們看到，嵌入式Linux經(jīng)過過去3-5年的發(fā)展并借助Linux10余年的成功經(jīng)驗(yàn)，已經(jīng)在各種通信產(chǎn)品中獲得廣泛應(yīng)用。從各種互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的信息家電到通信基礎(chǔ)設(shè)備，嵌入式Linux應(yīng)用隨處可見。

嵌入式Linux迎合新一代通信設(shè)備的發(fā)展需要
“我們正處在前所未有的通信網(wǎng)絡(luò)變化的黎明，這種變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)比25年前模擬網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變到數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)將集中所有通信和分布式計(jì)算?！@里面包含了通信的各個(gè)層面：語音、圖像、數(shù)據(jù)、控制和網(wǎng)絡(luò)管理?！?BR>未來的通信網(wǎng)絡(luò)將由三個(gè)層面組成：
?互通層：這里包含了路由器、交換機(jī)、接入服務(wù)器和網(wǎng)關(guān)。
?控制層：這里包含了軟交換、7號(hào)信令系統(tǒng)、PBX等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
?應(yīng)用層；這里包含了Web、數(shù)據(jù)庫、計(jì)費(fèi)和網(wǎng)絡(luò)管理。
嵌入式Linux與傳統(tǒng)的RTOS(過去較多的應(yīng)用在互通層設(shè)備)和大型的Unix或Sun Soloris系統(tǒng) (較多在應(yīng)用層服務(wù)器)在這三個(gè)層面展開了競(jìng)爭(zhēng)，目前Linux已經(jīng)有了相當(dāng)多的成功應(yīng)用。
我們知道Linux源于Unix，而后者與TCP/IP有不解之緣。Netcrate調(diào)查顯示，基于Linux的Apache Web服務(wù)器占56.81%份額。嵌入式Linux在網(wǎng)絡(luò)方面的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：
?Linux內(nèi)核本身就包含豐富的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和TCP/IP(IPv4和IPv6)協(xié)議，如DNS、Http(Apaucle，goahead等)和網(wǎng)絡(luò)管理的SNMP(V1/2/3)等。
?有為數(shù)眾多的開放源碼網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)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(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的RTOS。
據(jù)法國Interface concepts的測(cè)試，他們?cè)谑褂肕ontavista Linux時(shí)發(fā)現(xiàn)，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(shè)備的廣泛應(yīng)用，眾多第三方的應(yīng)用軟件也已經(jīng)支持Linux，其中有Netplane(MPLS、Iprouting和ATM)，Trilium (SS7、VOIP)，LVL7(L2/L3交換和路由協(xié)議)，Solid(嵌入式數(shù)據(jù)庫)等。
而象Ipinfusion和Nexthop等是靠維護(hù)、支持Zebra SPF/BGP和Ggate路由協(xié)議而生存的。它們更像是Linux系統(tǒng)咨詢服務(wù)商。
新一代通信設(shè)備離不開高效的網(wǎng)絡(luò)處理器，目前嵌入式Linux(如Montavista)已經(jīng)支持了Intel Ixp1200、425、80310，Motorola 8xx/82xx Galileo，MMU，IBM405NP。Broadcom和IDT等公司的網(wǎng)絡(luò)處理器，嵌入Linux主要是在控制平面處理路由和網(wǎng)管，而網(wǎng)絡(luò)處理器主要處理L2數(shù)據(jù)流。

Montavista 嵌入式Linux
當(dāng)工程師決定了在一個(gè)新的項(xiàng)目中采用嵌入式Linux以后，會(huì)面臨這樣一個(gè)問題：是自己做還是選擇一家嵌入式Linux發(fā)行版公司或嵌入式Linux服務(wù)商。原則上講，可以從網(wǎng)上獲得全部的Linux資源，但是要花費(fèi)相當(dāng)多的時(shí)間使它們集成在一起并協(xié)調(diào)工作。這決非用幾天或幾周可以完成的工作，而且需要相當(dāng)多的專業(yè)計(jì)算和操作系統(tǒng)的知識(shí)，而如果使用嵌入式Linux發(fā)行版公司，可以使你專注在核心業(yè)務(wù)。一般情況下，嵌入式Linux供應(yīng)商都會(huì)承諾一年或更長(zhǎng)時(shí)間的升級(jí)服務(wù)，這使得設(shè)計(jì)人員的Linux可以跟上不斷發(fā)展變化的Linux 技術(shù)。而且嵌入式Linux供應(yīng)商都在自己的發(fā)行版或?qū)I(yè)服務(wù)中增加某些關(guān)鍵技術(shù)：Montavista在自己的Montavista Linux中增加了可搶占內(nèi)核和實(shí)時(shí)調(diào)度器，以提高實(shí)時(shí)響應(yīng)。
另外，在整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)過程中，嵌入式Linux供應(yīng)商可以提供目標(biāo)環(huán)境的支持，如Power PC移植(一般Linux應(yīng)用是在X86平臺(tái)上)、免費(fèi)的技術(shù)培訓(xùn)、咨詢和新版本的升級(jí)，有些公司還可以有VIP的服務(wù)，如現(xiàn)場(chǎng)支持、專家的熱線服務(wù)和快速修補(bǔ)軟件錯(cuò)誤。
Montavista 是目前國際上最著名的嵌入式Linux發(fā)行版和服務(wù)供應(yīng)商。Montavista產(chǎn)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(shè)備驅(qū)動(dòng)程序(相當(dāng)于BSP)，它目前有以下幾個(gè)產(chǎn)品：Montavista Linux專業(yè)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(nèi)核，增加可搶占內(nèi)核，實(shí)時(shí)調(diào)度器，最新的GNU工具鏈，目標(biāo)配置和庫優(yōu)化器，KDE集成開發(fā)環(huán)境，802.11b協(xié)議，日志文件系統(tǒng)和小腳印的Web服務(wù)器：Thttpd.。
Montavista、Intel、Nokia、Alcatel、Cisco 等公司參加的OSDL論壇，是指導(dǎo)Carrier Grade Linux開發(fā)并推動(dòng)未來一代通信系統(tǒng)的組織。Carriex Grage Linux構(gòu)造在Linux開放的體系結(jié)構(gòu)上，并遵守高可靠性的電信級(jí)需求。第一個(gè)商業(yè)產(chǎn)品Montavista Carrier Grad Linux2.1版本已經(jīng)正式發(fā)表。
自1997年成立以來，Montavista Linux已經(jīng)成功地開發(fā)出400多種應(yīng)用，典型的通信產(chǎn)品有：Nokia Flexi Server (移動(dòng)控制功能模塊的管理和信令平臺(tái))，3com 的Kerbungo Internet收音機(jī)，Cyclades 的接入服務(wù)器，Interface Concept的以太網(wǎng)交換機(jī)和ITT宇航通訊部的無線收發(fā)機(jī)等?！?轉(zhuǎn)載自《通訊世界》)