Linux系統(tǒng)在嵌入式DVR中的應(yīng)用

????? ? 當今非手機類的嵌入式產(chǎn)品中，主流的操作系統(tǒng)有VxWorks，各種版本的Linux、uCOS-II、uC/OS，Qnx等等。其中最著名的VxWorks是美國Wind River公司推出的一種嵌入式強實時操作系統(tǒng)，自20世紀80年代問世以來，以其高性能、高可靠性、高實時性等特點成為實時操作系統(tǒng)中最具特色的系統(tǒng)。尤其以成功應(yīng)用于美國軍方、國防部、航空航天項目如火星探測車和愛國者導(dǎo)彈等高科技產(chǎn)品而聲名鵲起。自1996年登陸中國，短短幾年就已成為國防、工業(yè)自動化、網(wǎng)絡(luò)通信、航空航天、醫(yī)療儀器、狀態(tài)監(jiān)控以及消費電子產(chǎn)品等嵌入式實時領(lǐng)域的首選操作系統(tǒng)。

?????? VxWorks 作為商用軟件，以其實時性、可靠穩(wěn)定性著稱于世，也因此被廣泛用在第一代的嵌入式DVR系統(tǒng)中。但正是它所具有的這些特性也必定限制了其發(fā)展，因為是商用軟件，所以有專業(yè)的、全職的技術(shù)人員進行維護，雖然WindRiver是一家非常成功的嵌入式軟件公司，也同時可以擁有相當龐大的研發(fā)隊伍，但針對現(xiàn)代IT迅猛發(fā)展所帶來的眾多的硬件平臺、海量的軟件、協(xié)議而言，那是相當有限的，所以造成VxWorks系統(tǒng)現(xiàn)在所能支持的硬件平臺有限，只能支持一些主流廠家的典型平臺，完全不能和日新月異的硬件平臺所同步，也違背了IT產(chǎn)業(yè)著名的摩爾定理。為了保證其可靠性，兼顧實時性的特點，WindRiver在集成軟件模塊時非常謹慎，發(fā)展也就必然緩慢，造成不能對眾多的軟件協(xié)議實現(xiàn)及時地支持。

?????? 而且針對DVR系統(tǒng)，主要實現(xiàn)視音頻的編碼錄制任務(wù)，對于VxWorks推崇的實時特性并不能得到有效利用，在DVR系統(tǒng)中，每秒25幀、50場及20毫秒視頻編碼的實際處理任務(wù)都是由DSP或ASIC芯片等專用芯片完成，而CPU上運行的操作系統(tǒng)所負責的僅僅是應(yīng)用級的程序調(diào)度，VxWorks所能達到的微時限（Deadline）特性對于DVR所需的應(yīng)用任務(wù)來說簡直是牛刀殺雞。而uCOS-II、uC/OS，Qnx等操作系統(tǒng)由于其本身產(chǎn)生的目的、設(shè)計的特性、維護運營的模式都更適合于純的工業(yè)控制領(lǐng)域。

?? ??? Linux自誕生那天開始，就以開源自由的特性吸引了全世界成千上萬優(yōu)秀的技術(shù)人員投入到Linux軟件的開發(fā)中來，使Linux系統(tǒng)得以高速發(fā)展，也使得Linux可以支持市場上絕大多數(shù)的硬件平臺和各式各樣的軟件協(xié)議，保持著高度一致的同步性。在Linux的應(yīng)用初期，Linux的自由開放特性也使得不少商家對其產(chǎn)生很多的誤解，認為Linux就是不需要投入的！“開源意味著自由，但并不是成本上的免費，盡管有時候的確免費?！蔽挥诩永Ｄ醽喼軸an Mateo的開源軟件開發(fā)公司Untangle 的CTO Dirk Morris所說的話給了Linux應(yīng)用一個很好的參見。開源軟件具有靈活性、可靠性、安全以及易于采用等諸多特點，但免費不能算特點，至少不是主要特點。由于開源軟件參與的人員來自于世界各地，不同行業(yè)，不同領(lǐng)域，不同目的，開發(fā)質(zhì)量也良莠不齊，獲得的技術(shù)支持很有限，使得開源產(chǎn)品通常都不是一個完整的產(chǎn)品，也一定程度上造成使用Linux會遇到很多困難。因此我們一定不要把開源簡單地看成免費軟件，而應(yīng)該把它視為自由軟件，自由軟件意味著用戶可以自由地運行、拷貝、分發(fā)、研究和修改軟件。開源的本質(zhì)是為程序員提供自由地查看和修改代碼的能力，讓程序員可以學(xué)習和借鑒別的程序員的設(shè)計思路，然后進一步擴展和完善該產(chǎn)品，正是這個流程讓Linux功能越來越強大，性能越來越穩(wěn)定。

?? ??? 隨著Linux的日益成熟，使用者對其有了進一步深入的了解，它所擁有的自由、開源本性，使得Linux具有廣泛的硬件支持特性、不斷自我修復(fù)的完善性、強大的軟件協(xié)議特別是網(wǎng)絡(luò)的支持功能，也必定決定了其將用作各式各樣的嵌入式系統(tǒng)中，嵌入式DVR當然也不會例外。而且白熱化的DVR市場，使得成本因素、穩(wěn)定因素、靈活因素越來越被各DVR用戶所看重，因此Linux也就自然成為了現(xiàn)代嵌入式DVR中的主角。為了提升嵌入式DVR的競爭力，現(xiàn)在嵌入式DVR產(chǎn)品的比拼已不局限于圖像編碼的壓縮率、清晰度等基本的視頻特性上，更關(guān)注于嵌入式DVR作為一個系統(tǒng)所能提供的服務(wù)，因此而帶來了各式各樣且非常新穎的需求，這種需求也只有具有靈活特性和廣大資源的Linux平臺才能完成，對于某個功能，比如客戶想要在DVR上加上SIP網(wǎng)關(guān)的功能，對于VxWorks這樣的封閉系統(tǒng)是很難實現(xiàn)的，而對于Linux來講，只要在主流的PC平臺上實現(xiàn)了，那對于嵌入式DVR平臺來講，僅僅是一個交叉編譯的修正實現(xiàn)。若要對某個新穎硬件的支持，比如某款新的CPU推出，或某個WiFi功能的支持，各廠家、協(xié)議組織都會推出相應(yīng)的Linux的示例程序，得到相應(yīng)的源代碼，我們要做的大多數(shù)僅僅是個平移實現(xiàn)的工作。

???? ? 從應(yīng)用模式上分，適合于嵌入式系統(tǒng)的Linux主要有三類，支持不含MMU單元CPU平臺的uClinux，通用內(nèi)核加上相應(yīng)硬件平臺補丁的Linux（如Montavista，WindRiver提供的Linux），注重于強實時性的RT-Linux。因DVR自身對實時性要求不高，所以RT-Linux類的linux不太適用于我們的行業(yè)，更多地依據(jù)所選擇的硬件平臺特性而選擇前兩種Linux，如在?？低暪镜谝淮鶧VR系統(tǒng)中就采用了uClinux，第二、第三代DVR就采用了通用的Linux系統(tǒng)。

?????? ?在嵌入式DVR中實現(xiàn)Linux系統(tǒng)主要分為幾個部分：引導(dǎo)裝載程序、Linux內(nèi)核、Linux的根文件系統(tǒng)及相應(yīng)的應(yīng)用程序。

?????? ?引導(dǎo)裝載程序通常是在任何硬件上執(zhí)行的第一段代碼，就像普通PC機上所運行的BIOS程序，時下嵌入式系統(tǒng)中比較流行的引導(dǎo)裝載程序有u-boot、vivi等，做的工作、實現(xiàn)的功能大致相仿，主要實現(xiàn)初始化 CPU、內(nèi)存、Flash、串行端口、網(wǎng)口等基本的外設(shè)，設(shè)置參數(shù)區(qū)域并構(gòu)造參數(shù)結(jié)構(gòu)和標記，從Flash加載內(nèi)核程序并最終跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核的開始。

?????? ?Linux內(nèi)核版本的更新速度非?？?，但Linux的內(nèi)核版本發(fā)行同Linux對嵌入式處理器支持程度的發(fā)展是不同步的，因此，需要對特定的處理器體系結(jié)構(gòu)選擇合適的內(nèi)核，并且根據(jù)其硬件功能部件加上相應(yīng)的補丁。為配合現(xiàn)在的嵌入DVR所應(yīng)用的硬件平臺，如ARM9 或PowerPC，以及相應(yīng)的硬件外設(shè)，如無線網(wǎng)卡、USB2.0、SD卡等等流行的外設(shè)應(yīng)用，建議選用較新的2.6版本的Linux內(nèi)核。然后針對不同的硬件模塊、應(yīng)用模塊，對內(nèi)核進行裁減、編譯、打包。

????? ?因嵌入式DVR中所應(yīng)用的存儲空間（Flash芯片的容量）一般都較小，在構(gòu)建整個系統(tǒng)的根文件系統(tǒng)時，必須考慮節(jié)省空間，且結(jié)合DVR本身應(yīng)用的相對單一性，一般都使用busybox、uClibc這樣的精簡模塊構(gòu)成DVR系統(tǒng)的軟件環(huán)境。

?????? 在嵌入式DVR系統(tǒng)中最主要的應(yīng)用軟件當然是對壓縮的視音頻數(shù)據(jù)的采集、存儲、分發(fā)，特別是一些網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的實現(xiàn)等相應(yīng)的特性功能。在應(yīng)有系統(tǒng)里還有很重要的一塊就是DVR的GUI系統(tǒng)，嵌入式DVR與PC-DVR相比較弱的一環(huán)也在于界面的相對不友好性，所以提供一個較好的GUI系統(tǒng)對于能否實現(xiàn)一款易用、有競爭力的DVR產(chǎn)品起著關(guān)鍵的作用。國內(nèi)飛漫公司提供的MiniGUI就是個很不錯的選擇，基于MiniGUI平臺，可以提供方便開發(fā)、易于集成的良好的用戶界面。

????? ?可以預(yù)見，在今后的嵌入式DVR產(chǎn)品中，Linux系統(tǒng)必將占據(jù)絕對的領(lǐng)導(dǎo)地位。由于Linux系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，也必將使嵌入式DVR的開發(fā)、銷售模式得到變革性的更新，嵌入式DVR的應(yīng)用會上升到一個全新的高度。?