嵌入式系統(tǒng)開源軟件的回顧和展望

嵌入式系統(tǒng)開源軟件的回顧和展望

?回顧過去20年嵌入式系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)蓬勃發(fā)展，其中有兩項(xiàng)重要技術(shù)對(duì)此貢獻(xiàn)很大：一是ARM，二是開源軟件，尤其是Linux和與Linux相關(guān)的開源軟件。對(duì)于ARM，今天業(yè)內(nèi)熱議的ARM上網(wǎng)本現(xiàn)在看只是_二個(gè)橋頭堡。進(jìn)攻勝利了，ARM即刻大舉占領(lǐng)利潤(rùn)豐厚的PC市場(chǎng)，退一步也可以保住自己的移動(dòng)終端和已經(jīng)牢牢把握的嵌入式市場(chǎng)。ARM要想成功，必然要仰仗開源軟件；指望微軟是不行的，微軟有太多的歷史包袱和既得利益，在windows 7是否支持ARM架構(gòu)這件事情上一直搖擺不定。另一方面，Linux在經(jīng)歷了漫長(zhǎng)和痛苦的桌面市場(chǎng)的博弈之后，發(fā)現(xiàn)了移動(dòng)計(jì)算這片領(lǐng)域，開始是智能手機(jī)、MID，到現(xiàn)在的上網(wǎng)本(netbook)，還有未來的智能本(一種稱為smartbook，尺寸更小、更輕便的上網(wǎng)本)。開源軟件也在慢慢地向嵌入式系統(tǒng)靠攏。在國(guó)內(nèi)，嵌入式系統(tǒng)行業(yè)已經(jīng)形成了ARM+Linux的模式。

1 嵌入式系統(tǒng)的開源軟件之勢(shì)不減

??? 最近發(fā)生的兩件事情都進(jìn)一步說明了嵌入式系統(tǒng)開源軟件之勢(shì)不減。

??? 一是MIPS定制Android平臺(tái)。谷歌的Android在手機(jī)上獲得各產(chǎn)品方面的廣泛認(rèn)可，HTC、摩托羅拉、三星和聯(lián)想的多款產(chǎn)品已經(jīng)面世，中國(guó)移動(dòng)也高調(diào)支持An-droid，更多的手機(jī)正在開發(fā)之中。作為開源平臺(tái)，Android不僅可以用在手機(jī)上，日本有公司已經(jīng)把它移植在DTV、數(shù)碼相框、PMP等消費(fèi)電子產(chǎn)品上。但是無論如何，谷歌依然無法滿足每個(gè)特定的嵌入式應(yīng)用的個(gè)性化需求。以MIPS為主導(dǎo)的OESF(開放的嵌入式軟件基金會(huì))應(yīng)運(yùn)而生。OESF的目標(biāo)是推動(dòng)Android平臺(tái)在非手機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展。這是一件眾望所歸的好事情，也說明嵌入式系統(tǒng)行業(yè)對(duì)有影響力的開源平臺(tái)的迫切需求。

??? 第二件事情是傳統(tǒng)的嵌入式軟件公司Mentor Graph-ic收購(gòu)了Embedded Alley。Embedded Alley是一家以Montavista(著名的嵌入式Linux公司)前雇員為核心的嵌入式Linux服務(wù)商。Mentor明確表示收購(gòu)的目的就是為了擁有Android平臺(tái)提供服務(wù)的能力。背后原因有兩個(gè)：一是Embedded Alley是OESF聯(lián)盟的重要合作伙伴，已經(jīng)成功為RMI的MIPS芯片提供了Android服務(wù)，繼承了美國(guó)東部企業(yè)的務(wù)實(shí)特色，是一家實(shí)干的服務(wù)商；二是Mentor傳統(tǒng)的私有RTOS Nucleus是目前手機(jī)基帶芯片的主要OS，但是在增長(zhǎng)快速的智能手機(jī)上卻毫無建樹，借助Android或許可以幫助Mentor重返手機(jī)OS的市場(chǎng)。嵌入式系統(tǒng)無論是芯片、軟件和產(chǎn)品應(yīng)用都在逐漸走向開源，開源之勢(shì)洶涌澎湃不可阻擋。

2 移動(dòng)互聯(lián)產(chǎn)品是開源軟件重要機(jī)緣

??? 移動(dòng)互聯(lián)產(chǎn)品是開源軟件在嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的重要機(jī)會(huì)，這一點(diǎn)不僅嵌入式行業(yè)看到了，IT產(chǎn)業(yè)也看到了。原ARM中國(guó)公司總裁譚軍博士近期指出，開源軟件是下一代差異化計(jì)算平臺(tái)的理想選擇，芯片之爭(zhēng)、操作系統(tǒng)之爭(zhēng)的實(shí)質(zhì)是看誰的生態(tài)環(huán)境建立得好，開源軟件在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)有著無比豐富的生態(tài)環(huán)境。Linux基金會(huì)執(zhí)行總監(jiān)Jim先生在北京2009開源世界峰會(huì)上指出，PC經(jīng)濟(jì)正在發(fā)生變化，而Linux是未來把握利潤(rùn)的車票。Jim解釋，以前單一的PC計(jì)算正在向以智能手機(jī)、MID、上網(wǎng)本和未來的各類云終端發(fā)展，而Linux是唯一開放的、可嵌入到其中的平臺(tái)。

??? 這里再舉個(gè)一個(gè)例子，目前已經(jīng)交由Linux基金會(huì)維護(hù)的英特爾Moblin社區(qū)非?；钴S。Moblin是專門針對(duì)MID的操作系統(tǒng)，最新推出的2．0版本有下面的特點(diǎn)和變化：

??? 第一，電源管理部分針對(duì)MID和Notebook做了優(yōu)化，使電池續(xù)航能力得到延長(zhǎng)。網(wǎng)絡(luò)功能作了進(jìn)一步擴(kuò)展，針對(duì)MID、Notebook和車載移動(dòng)設(shè)備所需的網(wǎng)絡(luò)連通性能進(jìn)行了擴(kuò)展，考慮到能夠支持最新的3G技術(shù)。

??? 第二，應(yīng)用程序框架重新設(shè)計(jì)。Moblin 2．0核心模塊放棄了前一版本所使用的Hildon應(yīng)用程序框架，主屏幕設(shè)計(jì)和應(yīng)用程序圖形界面設(shè)計(jì)有了更大的靈活性，可以以Flash AIR平臺(tái)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)用戶界面，也可以直接以HT-ML文件作為操作系統(tǒng)主屏幕或者應(yīng)用程序圖形界面，也可以采用GTK／Clutter這個(gè)支持2D／3D動(dòng)畫的UI庫(kù)來設(shè)計(jì)應(yīng)用程序的圖形界面。

??? 第三，2．0版本開發(fā)工具更加便利。創(chuàng)建MID和Notebook等多種平臺(tái)上的Moblin影像的工具M(jìn)IC，能夠在USB驅(qū)動(dòng)器、光盤等設(shè)備中創(chuàng)建帶有平臺(tái)特定的、完整的目標(biāo)文件系統(tǒng)的影像。Moblin 2．0的架構(gòu)如圖1所示。

??? 英特爾作為一家芯片公司，花了這樣大的力量和金錢投資開放軟件平臺(tái)，為了什么呢，就是為了在未來移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)世界里掌握更多話語權(quán)，因?yàn)閃intel架構(gòu)將不再是這個(gè)世界唯一的計(jì)算平臺(tái)了。

3 中國(guó)嵌入式系統(tǒng)企業(yè)應(yīng)融入開源文化

??? 國(guó)際性的嵌入式系統(tǒng)企業(yè)對(duì)于開源的重視和貢獻(xiàn)越來越大，例如，飛思卡爾半導(dǎo)體公司就把嵌入式Linux作為芯片基本OS重點(diǎn)支持和研發(fā)，在北京也成立專門的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。包括飛思卡爾、MIPS、瑞薩、博通、ADI和英特爾這些嵌入式半導(dǎo)體公司，以及Montavista軟件、思科通信設(shè)備公司，他們對(duì)Linux內(nèi)核的貢獻(xiàn)是很大的。

??? 聯(lián)想到國(guó)內(nèi)的情況：一方面以嵌入式Linux為龍頭的嵌入式教育和培訓(xùn)熱火朝天，學(xué)員熱情很高，說明企業(yè)有需求；另一方面，放眼國(guó)內(nèi)，專業(yè)的嵌入式Linux公司越來越少。在2000年初還有幾家，如靈思、藍(lán)點(diǎn)，現(xiàn)在除了中科紅旗還有定制性的嵌入式Linux產(chǎn)品服務(wù)外，幾乎沒有一家專業(yè)的嵌入式Linux軟件公司。再有，國(guó)內(nèi)大型的嵌入式設(shè)備商們都有相當(dāng)數(shù)量的Linux研發(fā)團(tuán)隊(duì)，但是縱觀國(guó)際開源項(xiàng)目，幾乎沒有他們的身影，甚至連國(guó)人的身影都很少。來自Linux社區(qū)的信息顯示，2．6．13開始華人中有越來越多的人參與到Kernel開發(fā)中來，從2．6．13的10人增加到2．6．27的63人，從2．6．13的108個(gè)來自華人的patch增加到2．6．28的650個(gè)patch。但是總的情況看，華人對(duì)Kernel的貢獻(xiàn)所占比例還比較小(6％～8％)，外企華人的貢獻(xiàn)占了多數(shù)，本土企業(yè)的比重比較小。這不禁讓人們想起若干年前，國(guó)際Linux社區(qū)對(duì)于國(guó)內(nèi)某些Linux公司只索取沒有奉獻(xiàn)的開源之路的指責(zé)。如果中國(guó)大型嵌入式系統(tǒng)企業(yè)不能像歐美日企業(yè)那樣追隨Linux開源文化的精神，我們的嵌入式系統(tǒng)開源之路還將會(huì)非常漫長(zhǎng)。

4 理解嵌入式系統(tǒng)對(duì)開源軟件多樣性需求

??? 嵌入式系統(tǒng)多學(xué)科交叉的特點(diǎn)，決定了嵌入式系統(tǒng)對(duì)于嵌入式軟件的認(rèn)識(shí)和使用上的多元化現(xiàn)象。比如計(jì)算機(jī)專業(yè)的人員偏好開源的嵌入式Linux OS，電子和自動(dòng)化專業(yè)更加偏于RTOS，比如μC／OS-II(開源，商業(yè)使用收費(fèi)模式)和VxWorks(傳統(tǒng)的商業(yè)嵌入式操作系統(tǒng))。開源技術(shù)和思想對(duì)于嵌入式系統(tǒng)中非計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)科的集成電路設(shè)計(jì)中的SoC技術(shù)已經(jīng)產(chǎn)生重要影響。目前多數(shù)嵌入式系統(tǒng)半導(dǎo)體公司使用Linux作為基礎(chǔ)的OS。

??? 嵌入式系統(tǒng)是應(yīng)用差異性很大的系統(tǒng)，比如通信行業(yè)，手機(jī)、智能手機(jī)、移動(dòng)終端(智能本)、上網(wǎng)本、交換機(jī)、移動(dòng)基站、交換機(jī)和電信服務(wù)器等等不同的產(chǎn)品，它們雖然是同一個(gè)行業(yè)，但是各自的體系結(jié)構(gòu)、需求和應(yīng)用都不一樣，更不要說不同的行業(yè)，如消費(fèi)電子、工業(yè)控制和航空航天之間更大的差異了。

??? 嵌入式系統(tǒng)計(jì)算平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)也比桌面和服務(wù)器復(fù)雜且種類繁多(如ARM、PPC、MIPS、X86和許多8／16位MCU)，這個(gè)特點(diǎn)決定了開源軟件在嵌入式系統(tǒng)中也是百花齊放。今天，有各種類似的開源軟件，如Ecos、RTEMS，而TinyOS、RTLinux、RTAI等面向?qū)崟r(shí)性、通用性的Linux平臺(tái)也很多，另外面向移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的Moblin、Android和Ubuntu，及面向嵌入式系統(tǒng)的μC linux、Debian，還有商用公司Montavisa、Timesys、Windriver Linux的開源版本都在嵌入式系統(tǒng)中擁有自己的地位和應(yīng)用。

5 正視開源軟件在嵌入式系統(tǒng)中的局限性

??? 雖然開源之風(fēng)在嵌入式系統(tǒng)越來越大，但是部分嵌入式軟件平臺(tái)對(duì)于開源軟件仍持謹(jǐn)慎態(tài)度。部分企業(yè)經(jīng)過實(shí)踐體會(huì)到，使用免費(fèi)開源軟件未必能夠幫助企業(yè)節(jié)省成本，購(gòu)買驗(yàn)證后的商業(yè)軟件和知識(shí)產(chǎn)權(quán)卻可以幫助企業(yè)做大做強(qiáng)。實(shí)際上應(yīng)該糾正“使用Linux就意味省錢”的想法，免費(fèi)開源軟件并不一定比商業(yè)軟件節(jié)省開發(fā)和運(yùn)行成本。一般來講，成熟的嵌入式軟件需要經(jīng)過至少5年的開發(fā)和驗(yàn)證時(shí)間，而且需要一個(gè)開發(fā)和支持團(tuán)隊(duì)，這樣的模式對(duì)于嵌入式軟件平臺(tái)尤為重要。因此，目前包括航空航天、工業(yè)控制系統(tǒng)、交通系統(tǒng)、汽車電子、醫(yī)療電子(除信息娛樂部分外)，采用Linux和其他開源軟件都比較少。開源軟件在嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用還應(yīng)該注意避免走習(xí)慣性的單一化模式的思路，應(yīng)該以應(yīng)用為導(dǎo)向，以平臺(tái)為依托，結(jié)合自身研發(fā)和維護(hù)團(tuán)隊(duì)的技術(shù)特點(diǎn)，聯(lián)合芯片、合作伙伴和開源社區(qū)共同完成一個(gè)項(xiàng)目。

6 小 結(jié)

??? 嵌入式系統(tǒng)的多樣性和廣泛性決定了開源軟件在其中巨大的生存和發(fā)展空間。開源軟件的開放性、靈活性、低成本開發(fā)和維護(hù)模式，可以幫助嵌入式產(chǎn)品解決所面臨的市場(chǎng)挑戰(zhàn)和創(chuàng)新。開源技術(shù)和思想對(duì)于嵌入式系統(tǒng)中的各個(gè)學(xué)科都將產(chǎn)生積極影響。