下一代消費設備看好嵌入式Linux

在進入市場的頭兩年中，嵌入式Linux設計通過廣泛應用獲得了巨大的成功。隨著嵌入式Linux的成熟， 提供更小的尺寸和更多類型的處理器支持，并從早期的試用階段邁進到嵌入式的主流，它抓住了電子消費類設備的開發(fā)者們的想象力。

初期CE市場階段和趨勢
初期的高級消費電子(CE)產品的市場階段是無線電話、手持設備、電視和家庭娛樂、SOHO(小型辦公室和家庭辦公室)網絡設備和汽車通信設備。由于廠家采用數(shù)字技術和網絡聯(lián)接，所有的這些設備種類都處在快速的變化過程中。
●  手持設備的融合與多樣化
在手持設備方面，絕然不同類的無線個人數(shù)字助理(PDA)和無線電話正走向融合。雖然一些功能的融合正成為事實，這些產品盡管具有越來越多的共享功能和特性，但仍然保持各自的特點。
大部分的手持設備首先設計成以通信為中心的數(shù)字蜂窩電話和以信息為中心的無線PDA。雖然所用技術很多是相似的，用戶接口規(guī)范和設計卻十分多樣化，電話主要是語音通信, 無線PDA是存取個人的和公司的數(shù)據。
第二，電話的建設和行銷的經濟方式相對PDA是截然不同的，而兩種設備類型都面臨極大的利潤壓力和不斷降低價格的目標。
最后，二者在網絡連接類型方面也不一致.  以語音為中心的電話連接到數(shù)字蜂窩廣域網，廣域網再連接到公眾電話網絡。PDA一般是用來連接到區(qū)域網絡、公司的虛擬專用網絡(VPN)和互聯(lián)網。
寬帶和家庭
基于數(shù)字內容和先進網絡的服務正在將起居室變成互連網的媒體中心。 多種的先進數(shù)字傳輸能力正在進入機頂盒、高清晰電視、接收器、網絡組件和專用媒體集線器。
寬帶在全世界范圍內的爆炸性增長，給SOHO網絡設備和那些以安全、共享為目的的高速度連接器， 比如路由器、家庭網關、防火墻、寬頻調制解調器、存儲服務器、IP電話網關和無線接入點都帶來了相應的市場。 一些產品已經將所有的這些功能集成到單一盒子內。
Linux在消費類電子產品的第四個大的市場是汽車的信息通信。包括在儀表板上和在汽車乘坐區(qū)域的先進導航、數(shù)據、娛樂和通信系統(tǒng)。

目前正在銷售和開發(fā)的產品
雖然各大媒體都傾向于聚焦在像 Linux PDA這樣有氣派的小東西上，但嵌入式Linux 在四個關鍵的CE 領域中正在獲得廣泛的采用，包括手持、家庭、汽車和辦公室應用(見表1)。

CE需求和解決方案的關鍵
當CE應用開發(fā)者們開始注意Linux的核心能力－－開放性、牢靠性和一流的網絡性能的同時，應考慮到以下的因素：
●  嵌入式硬件支持
Linux 市場和它的特別需求像一個冰山?？吹靡姷牟糠萦伞鞍缀凶印狈掌骱妥烂鏅C器所組成，但是隱藏其后的大量嵌入式計算則是在處理器和專有的系統(tǒng)設計上建立的。特別是當Intel IA-32和 x86處理器在嵌入式重要設計中占有較大份額的，占優(yōu)勢的 CE 處理器卻是ARM和MIPS系列。
采用嵌入式Linux處理器的最大贏家，在手持設備方面是Intel 的StrongARM,以及像 XScale這樣的下一代的ARM系列產品， 而且TI OMAP 承諾在 2003 年會快速投入手持設備和車載設備方面的開發(fā)力量。在家庭和辦公室則繼續(xù)采用 MIPS 和 PowerPC 芯片的混合。
●  系統(tǒng)設計
PC主板和CE設備系統(tǒng)板，嚴格來說, 屬于商品。PC主板是被設計成更廣范圍硬件和軟件的支持, 極大多數(shù)的CE設計只需要做好一項工作, 并以最低成本來完成。
PC廠商盡管致力于整合 PCI、視頻和多功能I/O 芯片組，仍然著重把幾十種的熟悉部件集成到一個PC-AT平臺上。嵌入式開發(fā)者被比喻是面對一個大雜燴的袋子. 一方面, 高整合的處理器和 SOC將處理器核心和幾十個外圍器件封裝在一起來簡化他們的工作；另一方面,他們通常拿著選好的處理器和市場上提供的參考板開始他們的項目， 他們采用的硬件通常有一類中的一種。
●  可伸縮的內存容量
與傳統(tǒng)的PC-AT結構不一樣，許多消費電子設備并不炫耀硬盤并且只需有限的內存來運作。當今天我們發(fā)現(xiàn)PC已裝備至少128MB RAM和40GB以上的硬盤時，多數(shù)CE系統(tǒng)努力保持降低成本并應用8到16MB RAM，甚至更少的ROM或Flash存儲器。雖然包括RAM和Flash的價格下降(或在相同價格下容量增加)，嵌入式內存容量依然非常保守。
傳統(tǒng)的嵌入式操作系統(tǒng)(實時操作系統(tǒng)和Windows CE)通常提供可裁剪的配置，即將整個接口或目標類別，如消息隊列等功能抽取出來。另一方面，Linux的開放特點使得裁剪更加容易，如果你不需要應用編程序接口/模塊/驅動程序/軟件庫，則不必將其配置到系統(tǒng)中。因此，按照CE的要求優(yōu)化嵌入式Linux的內存容量需要一些技巧。
●  配置的重要性
為了提供嵌入式CE需求的直觀性，我們定義三種應用配置，如表2所示。
在表2中每種配置都表示為壓縮映像集(用于引導)，以及解壓和使用的RAM總容量。因此，第一個值是系統(tǒng)對內存或ROM的需求，第二個值是Linux、中間件和指定應用對RAM的需求。
提供的應用是建立在IA-32/x86構架上，其它CPU族的結果是不同的。特別是典型的RISC代碼和數(shù)據可增大10%~30%，以滿足固定運算值和固定寬度指令以及大量數(shù)據隊列的需求。影響容量的其它因素還有內核映像壓縮的限制，如MIPS結構就和RISC有所不同。目前標準的Linux內核不支持ARM Thumb、MIPS16 等完整RISC 指令集的CPU。
所有三種配置都適用于2~4MB的閃存并且可在4MB RAM內執(zhí)行。如果系統(tǒng)文件存放在閃存內(如Cram FS)，RAM的效率會更高。
與傳統(tǒng)實時操作系統(tǒng)(RTOS)比較，因為代碼和數(shù)據實際配置在RAM/ROM中，嵌入式Linux文件系統(tǒng)比實際內存可以包含更多的數(shù)據和代碼，包括應用軟件、內核模塊和動態(tài)庫等等，它們可以根據需要加載或卸載。
●  原地執(zhí)行節(jié)省RAM
許多CE設備制造商關０－注繼承傳統(tǒng)的RTOS設計——不僅從ROM中引導代碼，而且實際在那里執(zhí)行代碼。當許多用戶不使用原地執(zhí)行(XIP)操作，只有最近剛剛完成的標準Linux文件系統(tǒng)CramFS提供XIP作為其核心功能的一部分。
目前，Linux不支持XIP讀/寫閃存文件系統(tǒng)。許多普通閃存設備(如Intel Strata閃存)關閉讀取端口或在塊寫周期內變?yōu)槿龖B(tài)，使得寫周期與XIP不能同時工作。然而Intel 和其他供應商則提供專用閃存文件系統(tǒng)支持XIP和讀/寫(例如Intel Host Creek)
●  可靠性
消費電子設備還提出了高可靠性要求，并要求對最終用戶提供真正消費級經驗。錯誤信息、藍屏、重新引導、數(shù)據遺失和恢復時間，可導致昂貴的產品返修費用及產品線失敗。
●  電源管理
消費電子設備的要求在許多領域中不同于傳統(tǒng)的PC機。首先是電源消耗和管理，需要減小功耗和相關散熱。在歐洲和亞洲，高的電費和政府規(guī)定使低電源功耗成為銷售熱點及重要的產品特點。
來自Intel (Xscale)、TI(OMAP ARM)和IBM(Power LP)的消費電子芯片，片內具有先進的電源管理特性設計，例如CPU頻率和電壓的動態(tài)調整。設備操作系統(tǒng)和系統(tǒng)軟件需要能夠以智能方式和可定制方法利用這些特性，以便減少電源功耗而不明顯減慢最終用戶與設備的人機對話。
傳統(tǒng)桌面系統(tǒng)Linux的電源管理繼承了APM(高級電源管理)功能?，F(xiàn)在也支持ACPI(高級配置和電源接口)，可惜兩種電源管理規(guī)范僅支持IA-32和面向桌面/筆記本的平臺，并且至今還沒有移植到沒有BIOS的CE平臺上。
一連串基于APM/ACPI電源管理的API和中間件正在取得進展，其使用機制更適合于CE設備。今年晚些時候，我們期待著這些項目和產品的發(fā)布。
●  快速引導/立即開機
CE設備制造商要求他們的產品快速地進入Linux引導順序。一些立即開機的需求源于消費者的感受和經驗，而另外一些則來自政府和運營商的要求，對緊急的服務無線電話必須迅速開機。
嵌入式Linux內核實際上非?？焖俚貓?zhí)行引導程序，采用200MHz ARM的設備能在小于200ms的時間內引導程序。而桌面Linux，啟動后臺服務、裝載文件系統(tǒng)和初始化GUI或桌面PC等過程要拖延幾分鐘的時間。
●  安全
Linux在企業(yè)數(shù)據和基礎安全方面有很重要的作用，消費類產品在操作系統(tǒng)上的安全計算也有其特殊的要求。 這些要求表現(xiàn)在四個方面：訪問控制，防范不信任軟件，網絡流安全和內容保護。

開放源碼和CE市場
正確認識到CE市場現(xiàn)在甚至今后可能決不會成為純開放源碼是重要的。不論好壞，CE設備制造商把他們的一些產品作為專用產品，特別是軟件，甚至不愿意考慮開放源碼。然而，這些公司卻因為顯而易見和潛在的原因而熱心采納和借助Linux。他們主要想削減開發(fā)費用，完全免費的Linux內核是一個很好的開始。他們也想利用豐富的驅動軟件、中間件和應用程序資源，這些都來源于開放的源碼和使用Linux的供應商。
我們和其他一些公司已經準備制訂相當簡單的規(guī)則，讓嵌入式產品的構建者“保護”他們的IP，而又沒有違反我們的開放源碼原則和團體的目標。

消費電子中Linux的未來
在全球有幾百種基于Linux的消費電子產品在開發(fā)中，日本公司最有闖勁地將先進消費電子產品的開發(fā)轉到Linux，而在美國、歐洲和日本以外的亞太也有為數(shù)不少的項目。越來越多的公司正在采用Linux作為他們高級消費電子產品的戰(zhàn)略平臺。
Linux消費電子產品的第二個浪潮開始于2002年的秋冬季。
在未來的幾年里，在消費電子中Linux的優(yōu)勢會減弱Linux在傳統(tǒng)PC世界的影響?；贚inux的CE嵌入式應用將更加鞏固它在傳統(tǒng)實時嵌入式操作系統(tǒng)市場的地位。在這種情況下，這個趨勢將使得消費電子公司更快速地把他們的技術和產品推向市場?！?
linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）