贏得設(shè)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(shè)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(guān)鍵產(chǎn)品的實現(xiàn)成為可能
開放源雖能提供自由度卻引起了IP版權(quán)問題
桌面操作系統(tǒng)采用類似Windows XP的界面
就在短短5年前的一次設(shè)計審 查會上，大家對我提出的考慮——將Linux用于嵌入式系統(tǒng)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(tǒng)開發(fā)的主流操作系統(tǒng)派生產(chǎn)品，因此大多數(shù)設(shè)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(chǎn)品界與開放源代碼界正忙于利用其核心軟件架構(gòu)來滿足占板面積小的嵌入式系統(tǒng)的需求。結(jié)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(yè)巨頭，都公布了采用Linux的手機產(chǎn)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(nèi)娛樂設(shè)備。就在上個月，Xilinx公司發(fā)布了一個用于其免費下載Webpack FPGA開發(fā)環(huán)境的Linux端口，這預示著Linux操作系統(tǒng)正逐漸在工程領(lǐng)域得到同行的認可。那么Linux對嵌入式系統(tǒng)開發(fā)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(tǒng)與軟實時操作系統(tǒng)區(qū)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(nèi)才能完成任務(wù)。像QNX、VxWorks及其他一些開發(fā)環(huán)境——如LiveDevices公司的Realogy套件及Volcano公司的汽車聯(lián)網(wǎng)系列產(chǎn)品等，均可處理需要有充分確定性響應時間的關(guān)鍵任務(wù)（參考文獻1）。但據(jù)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(yè)性Linux產(chǎn)品，如LynuxWorks公司用于補充其LynxOS產(chǎn)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(xié)作的結(jié)果（參考文獻2）。而最近進行的一系列發(fā)布，如General Dynamics Advanced Information Systems（通用動態(tài)高級信息系統(tǒng)）選擇LynuxWorks公司的安全應急LynxOS-178 RTOS來開發(fā)美國陸軍未來戰(zhàn)斗系統(tǒng) (FCS)的基礎(chǔ)設(shè)施等，則表明這些進展意味著巨大的商機，
盡管這些系統(tǒng)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(nèi)核進行了修改以滿足其運營商級產(chǎn)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(chǔ)設(shè)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(tǒng)內(nèi)核監(jiān)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(huán)境。歐洲市場的興趣來自意大利軟件開發(fā)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(fā)的實時應用接口 (RTAI) 內(nèi)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(tǒng)移植到包括x86、ARM、PowerPC及Xscale架構(gòu)的處理器上，這些產(chǎn)品主要用于工業(yè)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(fā)展預示著嵌入式Linux會更加廣泛地用于對任務(wù)苛刻程度與實時響應沒有那么嚴格要求的設(shè)備中。當然，Linux已經(jīng)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(tǒng)的研發(fā)進行聯(lián)合投資，該操作系統(tǒng)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(tǒng)的反應時間遲緩已經(jīng)在很多場合妨礙了它的應用，這是由于它原有內(nèi)核的非預占性設(shè)計而造成的，其運行任務(wù)會停止中斷，并且其調(diào)度程序采用了一種公平算法來保證所有任務(wù)均分享一部分處理器時間，而不考慮任務(wù)的優(yōu)先級。這種內(nèi)核還依靠任務(wù)之間的頁面交換，因此不能在必需適應異步事件的系統(tǒng)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(wù)處理。
當前的2.6版內(nèi)核進一步減少了延時并擁有許多嵌入式友好特性，包括構(gòu)建用于不需要用戶界面的設(shè)備的小占板面積內(nèi)核選項。在從過渡版2.5開始發(fā)布的內(nèi)核中，系統(tǒng)核心是所謂的O(1)調(diào)度程序，它增加了內(nèi)核預占、任務(wù)優(yōu)先級與一個專用時間限制程序。基于Linux 的電話系統(tǒng)制造商Digium公司總裁Mark Spencer聲稱，無需對內(nèi)核進行額外的修改，Linux操作系統(tǒng)的性能就能勝任軟實時應用，他說：“大多數(shù)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(tǒng)核心部分的時分多路復用總線來說已經(jīng)足夠”。他認為Linux 的一個重要優(yōu)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(fā)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(lǐng)域占優(yōu)勢。與此相似，Linux正變得無處不在，現(xiàn)在其產(chǎn)品出現(xiàn)在各種不同的應用領(lǐng)域中”。Spencer堅持認為Digium公司應繼續(xù)開發(fā)它的開放源代碼Asterisk產(chǎn)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(fā)，這代表了Linux商業(yè)合作的運營模式，他說：“我們剛剛推出了Asterisk商業(yè)版，并正在開發(fā)更多的PBX基礎(chǔ)設(shè)施硬件，包括一種回波消除卡”。
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