嵌入式技术发展迅猛开源Linux操作系统受青睐（上）

近几年，随着软件、硬件技术的提高及市场的驱动，嵌入式系统应用越来越广泛。嵌入式处理器、嵌入式操作系统及嵌入式系统的应用领域都出现了新变化及新的发展趋势，如：多核技术、嵌入式Linux、嵌入式互联网应用等。本次论坛我们邀请了多位来自嵌入式系统供应商的专业人士，他们就这些新变化、发展趋势给出了自己的精彩解读。
■ 今日电子：嵌入式微处理器作为嵌入式系统的核心器件，对嵌入式设备的性能起着关键作用。在嵌入式微处理器领域，您认为近几年出现了哪些新技术？嵌入式微处理器有哪些发展方向？

MIPS科技公司市场总监Mark Throndson：横向技术，像32位微控制器和FPGA将随着广泛应用继续走向繁荣。对于FPGA，小批量的产品更为适合。对于大批量的垂直应用，我们将看到像在数字电视的SoC上集成MIPS处理器那样继续采用定制ASIC。

不管业务模式如何，多核就是这样。摩尔定律不能为明天的嵌入式应用继续提供增加裕量，尤其是在融合的消费电子设备。在这些设备中，性能要求一直在不断增加。多核可以并行多项工作并降低功耗。我们的MIPS32 1004K一致多处理系统中的多线程使多核解决方案更加有效。

软件工程成本每年都在以大约20%～25%的速度递增，而超过50%的设计成本都是在90nm及以下的软件。这种趋势意味着公司必须更多地利用标准IP核来保持竞争优势。越来越多的软件还意味着强大的调试工具非常重要。在线仪器尤其重要，因为它可改善深层子系统及其接口的可视性。没有这种可视性，设计人员就无法满足成本和上市时间的要求。

赛灵思亚太区市场与应用总监张宇清:嵌入式微处理器是嵌入式系统的核心器件。根据用途，可分为以下四种：嵌入式微控制器（MCU），嵌入式微处理器（EMPU），嵌入式DSP处理器（DSP）和嵌入式片上系统（SOC）。嵌入式微处理器市场已成为众家必争之地,有如最近英特尔Atom处理器将与ARM在嵌入式领域正面冲突。英特尔希望进一步降低Atom处理器成本，也意味着该公司试图从消费性电子、嵌入式、手持式与当红的Netbook等四个领域，吸引更多客户。

Microchip高性能单片机部产品营销经理Lucio Di Jasio：出于对技术的慎重，嵌入式控制市场较之个人电脑业始终略显保守。举例来说，嵌入式控制应用固守5V技术，因而几年来应用的体积始终不尽如人意。最近，这样的情况大有改观。3V及更低电压的技术几乎已经遍及所有的应用领域，只有一部分汽车应用仍采用5V技术。采用较低的电压促使应用体积的缩小，进而可以提高集成度。8位单片机领域已经发生了翻天覆地的变化。如今，对于8位单片机而言,带有128KB闪存，既具有种类繁多的传统数字和模拟外设（定时器、PWM和ADC等）,又能提供以太网和全速USB接口,已经不是什么稀罕事了，而在过去这些往往是大很多的架构才有的“专利”。16位领域也经历了类似的变革，在较为传统的单片机架构中融入了DSP功能（这种新的器件称为DSC，即数字信号控制器），从而实现更高的性能，而价位又是大多数高级电机控制和数控电源应用承担得起的。然而，最近两年最根本的创新当属32位单片机这一旨在满足最小型嵌入式控制应用而设计的新产品，32位单片机不仅经济高效而且易于使用。

麦克泰公司董事长何小庆:嵌入式处理器和微控制器（MCU）的界限变得模糊，二者体系架构都在向着ARM、X86 SoC发展，处理能力已经接近桌面电脑；嵌入式处理器的功耗越来越低，未来嵌入式智能装置可以长效和不间断地运行，超低功耗处理器和技术发展空间很大；互联网将改变传统嵌入式处理器设计和应用，面向互联网和Web2.0的嵌入式处理器将大有可为。

■ 今日电子：嵌入式操作系统是嵌入式设备与用户交流的接口，目前有哪些主流的嵌入式操作系统？您比较看好哪些操作系统的发展？

MIPS科技公司副总裁Rick Leatherman：SoC的操作系统要求最初是由小占位空间的实时操作系统（RTOS）提供的，如ThreadX、Integrity、VxWorks、Nucleus和QNX等。随着消费电子的需求，如机顶盒、DVD和数字电视及其功能的不断扩展，作为嵌入操作系统的Linux开始获得青睐。在小占位空间RTOS仍在广泛采用的同时，Linux迅速增长，现已成为消费产品领域最广泛采用的操作系统。由于对潜在的Linux应用没有限制，大多数的分析师认为在可以预见的将来它将成为主要的操作系统。

MIPS架构一直得到了最卓越的小占位空间的实时操作系统的广泛支持。随着Linux越来越多获得市场认可，很明显MIPS架构是天作之合，必须记住MIPS架构最初是为运行UNIX而设计的，Linux是UNIX的直系后裔。MIPS架构确实是完美的Linux引擎。

张宇清:主流的嵌入式操作系统有Windows CE、Symbian、嵌入式Linux、VxWorks、uC/OS等。目前各种嵌入式Linux操作系统正迅速发展，已经形成了能与Windows CE等嵌入式操作系统进行有力竞争的局面。嵌入式Linux操作系统的迅速崛起，主要由于人们对自由软件的渴望与嵌入式系统应用的特制性，要求提供系统源码层次上的支持，而嵌入式Linux正适应了这一需求，它不仅具有开放源代码、系统内核小、效率高、内核网络结构完整的有点，且裁减后的系统很适于如信息家电等嵌入式系统的开发。嵌入式Linux操作系统的产品化及可靠性是目前受制约的一个重要因素。

[!--empirenews.page--]Windows CE是一个较具代表性的、由桌面操作系统演变而成的实时嵌入式操作系统。虽然提供了较为强大的类似于桌面操作系统的功能，但针对嵌入式系统的特征与特性而言，Windows CE显得笨拙且在内核结构的设计中并未考虑适应系统的高度可裁减性的要求。以VxWorks为代表的传统嵌入式操作系统是应用最广泛、市场占有率较具优势的几个系统，它们是专门为嵌入式微处理器设计的高模块化、高性能的实时操作系统，广泛应用于高科技产品中，包括消费电子设备、工业自动化、无线通信产品、医疗仪器、数字电视与多媒体设备，具有很好的安全性、容错性以及系统灵活性。虽然它们都提供专有的API接口，但是缺乏应用的高效性，网络连接功能较差，系统对应用程序开发支持相对较弱。对现在复杂的、网络化的、多处理器的嵌入式系统的许多应用需要而言，它已显得力不从心。

随着硬件技术、应用需求和开发需求的变化，如，微电子技术：芯片的集成技术和片上系统；强实时、高可靠应用需求：飞机、火箭控制等；开发需求：信息家电等，需要越来越多的研究和设计人员参与嵌入系统的开发，如同台式系统一样嵌入系统需要使用方便、功能强大的开发系统，嵌入操作系统也需要支持面向对象和可重用等技术。
 
Lucio Di Jasio：目前，这一市场仍可分为两部分。一方面，存在大量相对高端的应用，它们具备运行实时操作系统（可能是Windows CE或一个Linux衍生系统）所需的资源。尽管这些操作系统已被压缩至一度被认为不可思议的小尺寸（2～4MB），但是这个大小对于依赖8位和16位单片机来符合其预算的嵌入式控制应用来说，仍然是巨大而遥不可及的。

我个人认为最有意思的发展来自下面提及的另一个方面。GNU编译器及一些兼容的GNU“工具链”（由一些16位和32位单片机的编译器和函数库提供）的使用开创了这样的先河：使得嵌入式控制系统的设计人员有机会尝试编写开放式源代码；就像潘多拉的盒子，一旦开启就很难合上并重新置于一旁。但是，当今的许多开放式源代码都是针对Linux操作系统编写的，正因为如此，人们才设计了以现代16位和32位单片机架构（见上一个问题）为目标的新一代RTOS来模拟Linux的一些功能。这些RTOS符合POSIX标准（例如，Rowebots公司的UNISON），其代码尺寸比真正的Linux小一个数量级。Micrium uC/OS-II也值得一提，它符合MISRA C标准，提供兼容OSEK的模块和极大的安装库，甚至可以用在对安全性要求很高的应用中。

运用类似于用在开放式源代码方面的方法，还有一种新鲜而有趣的行销模式：通过提供完全免费的基本RTOS平台（完整的源代码）来吸引新一代嵌入式控制设计人员，这是目前非常流行的做法。从freeRTOS的名称不难看出，上述RTOS平台正属于这一类。您可能已经预计到了，免费的RTOS无法提供足够的支持。您必须依赖于论坛，事实上是依赖于集体提供的帮助和建议。对于那些需要专业支持的用户，则可以轻松地将该免费版本升级至称为SafeRTOS的收费版本。升级后的版本不仅通过了经过认证的安全性测试并且符合IEC 61508标准，还使您能够全天候访问专家和研发人员团队。

何小庆:嵌入式操作系统依然呈现百花齐放的态势，以Linux为代表的开源操作系统的应用逐渐成熟和稳定，在消费电子产品上优势很大；各种私有的嵌入式操作系统在针对汽车、军事、无线传感网、智能卡等行业依然占据重要地位；面向移动互联网装置、面向安全的嵌入式操作系统将大有前途。

Lantronix亚太区销售经理欧竟成:越来越多的工程师使用的嵌入式Linux解决方案的原因如下：1.客户可以很容易地获得嵌入式Linux。2.由于它是一个开放source，客户有更多的控制on low level。3.有许多第三者提供source code。但是，工程师使用嵌入式Linux时需要注意操作系统和硬件兼容性问题，这可能造成工程师的负担，因为他们更专注于开发应用层。因此，一些客户开始寻找全面解决方案的嵌入式系统，这意味着硬件+操作系统，这帮助他们缩短开发时间。

风河中国区总经理韩青：从总的发展趋势来看，嵌入式操作系统正在大规模地从各产品厂商自行开发和维护的in-house操作系统向商业级RTOS的转变。智能化、网络化是当今电子设备发展最重要的趋势。这种趋势给设备软件带来的最大挑战就是开发成本和复杂度激增，以致对于任何一家企业，使用自己in-house的嵌入式操作系统根本不可能适应市场竞争的需求和压力。与此同时，Linux正在成为嵌入式软件平台的重要选择，由于免费且开放源代码，不仅显著降低了嵌入式操作系统的使用成本，而且可以从广泛的开放源代码社区获得丰富的资源。不过，与此同时所产生的新问题就是：开放源码社区所获得的各种资源质量如何鉴定和把关？众多来源如何实现标准化？因此，嵌入式Linux平台的标准化成为其顺利发展的关键。