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-- 發(fā)布時(shí)間：2010-11-15 11:10:13
-- 嵌入式Linux技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展動(dòng)向
１ 引言
863智能計(jì)算機(jī)首席專家高文教授說(shuō)：所謂后PC時(shí)代，是英文pervasive computing的中文意譯，pervasive的原意是普遍的、蔓延的、滲透的，所以pervasive computing這個(gè)詞組直接的翻譯應(yīng)該是滲透到各個(gè)方面的計(jì)算。因而我們可以認(rèn)為，所謂后PC時(shí)代是指：計(jì)算機(jī)無(wú)所不在，它滲透到我們工作和生活的方方面面。當(dāng)然，這樣的無(wú)所不在的計(jì)算機(jī)也絕不都是象今天的PC一樣擺在桌子上或放在書(shū)包里，后PC時(shí)代的絕大多數(shù)計(jì)算機(jī)是以非計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)的，例如作為隨身物品出現(xiàn)的電話、遙控開(kāi)關(guān)、電子戒指、電子手杖等，再例如作為家庭網(wǎng)絡(luò)組成部分的電視機(jī)、電冰箱、空調(diào)等等。這些設(shè)備的核心部分都有計(jì)算機(jī)，但大多是以嵌入式系統(tǒng)的形式存在，而不是以整機(jī)的形象出現(xiàn)。所以，我們也可以說(shuō)后PC時(shí)代的特點(diǎn)是計(jì)算機(jī)無(wú)處不在、很少可見(jiàn)。
在IT業(yè)，如果要問(wèn)當(dāng)今最熱門(mén)的話題是什么[1]，從事硬件開(kāi)發(fā)的人會(huì)毫不猶豫地回答：信息家電；從事軟件開(kāi)發(fā)的人同樣也會(huì)毫不猶豫地回答：Linux。事實(shí)上，當(dāng)人們?cè)谡務(wù)揚(yáng)DA、手持電腦、機(jī)頂盒時(shí)，后PC時(shí)代就到來(lái)了，或者說(shuō)信息家電時(shí)代到來(lái)了。信息家電之所以直到現(xiàn)在才變得火爆，一個(gè)很重要的原因就是Linux的加入。廉價(jià)的Linux資源與信息家電結(jié)合，真正宣告了信息家電時(shí)代的到來(lái)，嵌入于信息家電（或其他設(shè)備）中的Linux棗嵌入式Linux,是國(guó)際軟件界的一個(gè)新寵。Linux是個(gè)天生的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，成熟而且穩(wěn)定。Linux是開(kāi)放源代碼的，任何人都可以修改它，或者用它開(kāi)發(fā)自己的產(chǎn)品。Linux系統(tǒng)是可以定制的，系統(tǒng)內(nèi)核最小時(shí)目前只有134kB。一個(gè)帶有中文系統(tǒng)以及圖形化界面的核心程序也可以做到不足1MB，而且同樣穩(wěn)定。因此，Linux作為嵌入式系統(tǒng)新的選擇，是非常有潛力的[3]。
國(guó)際上有數(shù)以百計(jì)的嵌入式Linux開(kāi)發(fā)計(jì)劃，在國(guó)內(nèi)，這方面的發(fā)展也有了較大進(jìn)展。博利思軟件公司在這方面做了一些有益的嘗試，并于最近推出了一個(gè)嵌入式Linux操作系統(tǒng)棗PocketIX 預(yù)覽版（下載網(wǎng)址為：www.pocketix.com/software/software.htm。）。PocketIX是一個(gè)內(nèi)核基于標(biāo)準(zhǔn)Linux的嵌入式操作系統(tǒng)，由一個(gè)體積很小的內(nèi)核及一些可以根據(jù)需要進(jìn)行定制的系統(tǒng)模塊組成。其系統(tǒng)占用空間小、啟動(dòng)速度快、穩(wěn)定性好，并具有多任務(wù)、多線程的特征。與傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)相比，PocketIX采用標(biāo)準(zhǔn)的Linux結(jié)構(gòu)，所有運(yùn)行在標(biāo)準(zhǔn)Linux下的應(yīng)用軟件都可平滑移植到該系統(tǒng)上。
在傳統(tǒng)家電向信息家電過(guò)渡時(shí)，操作系統(tǒng)小型化、產(chǎn)品穩(wěn)定性及是否易于開(kāi)發(fā)等成了至關(guān)重要的問(wèn)題。嵌入式Linux雖然只是剛剛興起的熱門(mén)技術(shù)，但它卻能很好解決上述問(wèn)題。作為嵌入式Linux產(chǎn)品的研發(fā)，涉及到嵌入式微處理器技術(shù)、Linux技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、通訊產(chǎn)品設(shè)計(jì)師的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，華恒網(wǎng)絡(luò)技術(shù)公司正是基于在以上經(jīng)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)，成功推出國(guó)內(nèi)首款基于嵌入式Linux超小型應(yīng)用產(chǎn)品――網(wǎng)絡(luò)管理卡，該產(chǎn)品已經(jīng)批量生產(chǎn)、投放市場(chǎng)。有關(guān)詳情可訪問(wèn)該公司站點(diǎn)（http://www.hhcn.com）。
２ 嵌入式Linux開(kāi)發(fā)的優(yōu)點(diǎn)及版本
嵌入式Linux由于代碼開(kāi)放性以及強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，在中低端的嵌入式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中應(yīng)用起來(lái)，比起pSOS+,VxWorks等專用系統(tǒng)有許多優(yōu)勢(shì)，Linux甚至支持藍(lán)牙技術(shù)，VxWorks對(duì)于新技術(shù)的支持遠(yuǎn)沒(méi)有Linux那么迅速；從我們開(kāi)發(fā)路由器卡可知：從產(chǎn)品上市時(shí)間到產(chǎn)品的功能不斷擴(kuò)充、開(kāi)發(fā)人力的投入都驗(yàn)證了使用嵌入式Linux作為操作系統(tǒng)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)。如果是用VxWorks作為平臺(tái)來(lái)做就相當(dāng)困難，一系列的防火墻協(xié)議以及Web Server協(xié)議、TCP/IP整個(gè)體系結(jié)構(gòu)、撥號(hào)協(xié)議等等，不是自己開(kāi)發(fā)就是要買(mǎi)VxWorks的編譯好的庫(kù)（不公開(kāi)源代碼的），價(jià)格也比較昂貴。表１將專用嵌入式實(shí)用操作系統(tǒng)與嵌入式Linux作了詳細(xì)的分析和比較。
表１ 專用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)與嵌入式Linux的比較
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專用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) |
嵌入式Linux操作系統(tǒng) | |
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版權(quán)費(fèi) |
每生產(chǎn)一件產(chǎn)品需交納一份版權(quán)費(fèi) |
免費(fèi) |
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購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用 |
人民幣數(shù)十萬(wàn)元 |
免費(fèi) |
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技術(shù)支持 |
由開(kāi)發(fā)商獨(dú)家提供有限的技術(shù)支持 |
全世界的自由軟件開(kāi)發(fā)者提供支持 |
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網(wǎng)絡(luò)特性 |
另加人民幣數(shù)十萬(wàn)購(gòu)買(mǎi) |
免費(fèi)而且性能優(yōu)異 |
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軟件移植 |
難，因?yàn)槭欠忾]系統(tǒng) |
易，代碼開(kāi)放，有許多應(yīng)用軟件支持 |
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應(yīng)用產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期 |
長(zhǎng)，因?yàn)榭蓞⒖嫉拇a有限 |
短，新產(chǎn)品上市迅速，因?yàn)橛性S多公 |
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實(shí)時(shí)性能 |
好 |
需改進(jìn)，可用RT_Linux等模塊彌補(bǔ) |
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穩(wěn)定性 |
好 |
較好，在高性能系統(tǒng)中仍需改進(jìn) |
Linux是自由的多任務(wù)操作系統(tǒng)，用戶可以獲得多種配置及體系不同的Linux版本。因此，如何選擇Linux的發(fā)行版本，也是我們要解決的一個(gè)重要問(wèn)題。
Linux的版本主要有3大類(lèi)：
(1)標(biāo)準(zhǔn)的Linux版本。
(2)小型化的嵌入式版本(Small foot-print“embedded”Version)。
(3)具有實(shí)時(shí)擴(kuò)展功能的Linux版本。
這3大類(lèi)Linux
版本的各自用戶所占的百分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)餅圖如圖１所示。
圖 1 各類(lèi)Linux操作系統(tǒng)用戶分布圖
另外，Linux還有一些特殊應(yīng)用、把Linux移植到非X86體系的CPU（包括PowerPC、RISC、68K以及許多別的微控制器）上的版本。例如有許多針對(duì)不同的如“瘦服務(wù)器”或“防火墻”應(yīng)用的小型化、實(shí)時(shí)特性增強(qiáng)的特殊版本。
我們要認(rèn)識(shí)到，所有的Linux發(fā)行版本都是在同一個(gè)框架結(jié)構(gòu)類(lèi)型下發(fā)展演變的，它們使用的基本模塊都相同，其中包括Linux內(nèi)核、Shell命令（命令執(zhí)行解釋模塊）以及許多的通用工具。不同的是，數(shù)以百計(jì)的Linux應(yīng)用程序，被包含在不同的發(fā)行版本當(dāng)中，安裝的進(jìn)程處理程序也不同。
３ 嵌入式Linux的一個(gè)開(kāi)發(fā)實(shí)例分析
傳統(tǒng)的路由器都是使用專用的RTOS開(kāi)發(fā)的，在開(kāi)發(fā)TCP/IP、防火墻協(xié)議以及Web Server協(xié)議時(shí)都只能自己去實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)品上市的周期非常長(zhǎng)，對(duì)新協(xié)議、新接口的支持以及設(shè)備升級(jí)的周期也很長(zhǎng)，因?yàn)閷Ｓ玫腞TOS有關(guān)內(nèi)容都要自己開(kāi)發(fā)；而對(duì)于Linux來(lái)說(shuō)，這些都可以直接從網(wǎng)上獲得代碼，針對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的要求作必要的改動(dòng)即可，對(duì)新協(xié)議、新接口的支持也是如此，無(wú)需要自己從頭去開(kāi)發(fā)。
在表2中，我們將分別利用VxWorks專用操作系統(tǒng)和嵌入式Linux操作系統(tǒng)來(lái)開(kāi)發(fā)路由器作了詳細(xì)地比較和分析。
表2 開(kāi)發(fā)路由器情況表
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使用VxWorks專用操作系統(tǒng) |
使用嵌入式Linux操作系統(tǒng) | |
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產(chǎn)品上市時(shí)間 |
長(zhǎng)達(dá)9個(gè)月 |
僅需3個(gè)月 |
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投入開(kāi)發(fā)的人力 |
多達(dá)6人以上 |
只需3人 |
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產(chǎn)品的附加成本 |
每臺(tái)路由器需要交一份版權(quán)費(fèi)，成本大大提高 |
沒(méi)有任何附加費(fèi) |
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產(chǎn)品功能的豐富性 |
一般，增加功能要象廠家購(gòu)買(mǎi)模塊 |
豐富，可利用自由軟件的大量公開(kāi)代碼移植 |
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網(wǎng)絡(luò)特性 |
另外購(gòu)買(mǎi)網(wǎng)絡(luò)模塊，如OSPF動(dòng)態(tài)路由協(xié)議庫(kù)，很昂貴；若自行開(kāi)發(fā)則穩(wěn)定性較差且開(kāi)發(fā)時(shí)間長(zhǎng) |
免費(fèi)獲得自由軟件代碼，只需移植，由于來(lái) |
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產(chǎn)品升級(jí)以及對(duì) |
廠家反映慢，支持慢，不一定能支持新特性 |
利用全世界Linux自由軟件開(kāi)發(fā)團(tuán)體的力量 |
４ 嵌入式Linux的網(wǎng)上資源
4.1 標(biāo)準(zhǔn)的Linux版本
(1)Caldera：http://www.calderasystems.com/
(2)Corel：http://linux.corel.com/
(3)Debian：http://www.debian.org.com/
(4)Mandrake：http://www.linux-mandrake.comlen/
(5)Red Hat：http://www.reahat.com/
(6)Slackware：http://www.slackware.com/
(7)SuSE：http://www.suse.com
(8)Turbo Linux：http://www.turbolinux.com/
4.2 小型化的嵌入式版本
(1)ETLinux：http://www.prosa.it/embedded/etlinux/
(2)LEM：http://www.linux-embedded.com/lem.php3
(3)Linux Router Project：http://www.linuxrouter.org/
(4)LOAF：http://loaf.ecks.org/
(5)ucLinux：http://www.uclinux.org/
(6)uLinux：http://sunsite.auc.dk/mulinux/
(7)ThinLinux：http://www.thinlinux.org
4.3 具有實(shí)時(shí)擴(kuò)展功能的Linux版本
(1)RTLinux：http://www.rtlinux.com
(2)RTLinux：http://www.FSMLabs.com
(3)RTAI：http://www.rtai.org/
(4)EL/IX：http://www.sourceware.cygus.com/elix/
(5)SRT-Linux：http://www.cl.cam.ac.uk/~dmi1000/linux-srt/index.html
4.4 Linux特殊應(yīng)用版本
(1)FirePlugLinux：http://www.fireplug.net/
(2)KOSIX：http://www.touchdynamics.com/KOSIX.html
(3)Linux Router Project：http://www.linuxrouter.org/
(4)Pizzabox Linux：http://www.jrcs.co.wk
5 結(jié)束語(yǔ)
盡管絕大部分的嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺(tái)仍掌握在外國(guó)大公司的手中，國(guó)產(chǎn)的嵌入式操作系統(tǒng)在技術(shù)含量、兼容性、市場(chǎng)運(yùn)作模式等方面還有相當(dāng)長(zhǎng)的一段距離。但由于Linux自由操作系統(tǒng)的出現(xiàn)，特別是將嵌入式系統(tǒng)和Linux有機(jī)結(jié)合起來(lái)的嵌入式Linux，給我們提供跟蹤國(guó)外嵌入式操作系統(tǒng)最新應(yīng)用技術(shù)難得的機(jī)遇。嵌入式Linux將在機(jī)頂盒、掌上電腦或PDA、手機(jī)和尋呼機(jī)上網(wǎng)、車(chē)載盒、工業(yè)控制等方面有著廣泛地應(yīng)用。