嵌入式操作系統的趨勢探討

　　摘要：探討了嵌入式操作系統的最新趨勢，尤其是硬實(shí)時(shí)、在電信業(yè)中的應用。

　　嵌入式操作系統的特點(diǎn)

　　嵌入式操作系統正變得流行，因為處理器變得越來(lái)越復雜，嵌入式系統正朝網(wǎng)絡(luò )連接化發(fā)展，系統必須簡(jiǎn)單易用，安全越來(lái)越重要，上市時(shí)間越來(lái)越快。

　　QNX軟件系統有限公司產(chǎn)品管理總經(jīng)理Grant Courville認為,許多年前，汽車(chē)制造商就認識到親力親為生產(chǎn)出汽車(chē)內所需的每一個(gè)零部件既不現實(shí)，也不能獲利。他們開(kāi)始依靠供應商來(lái)提供從輪胎、方向盤(pán)到電子引擎控制器等各種組件。

　　QNX產(chǎn)品管理總經(jīng)理Grant Courville

　　生產(chǎn)嵌入式系統的公司也開(kāi)始認識到同樣的問(wèn)題。這些公司以前一貫編寫(xiě)并維護自己的軟件，包括自己的操作系統。但市場(chǎng)已經(jīng)演進(jìn)，絕大多數“原生”的操作系統已經(jīng)無(wú)法應對嵌入式系統的復雜程度。因此，許多制造商開(kāi)始采用現成的操作系統。

　　個(gè)中原因一目了然。其一，處理器已經(jīng)變得非常復雜，往往集成兩個(gè)或多個(gè)處理內核。設計一個(gè)跨多內核、可同時(shí)運行多個(gè)軟件任務(wù)的操作系統是一項龐大的工程，需要高度專(zhuān)業(yè)的軟件開(kāi)發(fā)人員。因此，許多公司已經(jīng)意識到他們需要使用的是專(zhuān)為多內核處理器設計的成熟的商業(yè)操作系統。

　　嵌入式系統正朝網(wǎng)絡(luò )連接化發(fā)展，支持遠程控制和現場(chǎng)軟件升級。許多嵌入式系統還需要圖形用戶(hù)界面、數據存儲和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )功能。這一系列的要求為功能完善的操作系統創(chuàng )造了用武之地，在支持復雜的軟件設計的同時(shí)提供高可靠性，快速和實(shí)時(shí)性能的保證。

　　然而，系統設計的復雜性不能轉嫁給最終用戶(hù)。系統必須保持簡(jiǎn)單易用。新型的智能手機已經(jīng)證明，小型設備也可以支持一個(gè)具有完整的多點(diǎn)觸摸屏幕、流暢的畫(huà)面切換和動(dòng)畫(huà)的直觀(guān)用戶(hù)界面。從經(jīng)濟的角度來(lái)看，除非操作系統支持這些功能，否則創(chuàng )造這些吸引人的、易于使用的功能是不可行的。因此，對于能夠支持硬件加速2D和3D圖形和高層次用戶(hù)界面設計工具的操作系統的需求不斷增長(cháng)。而且因為沒(méi)一項圖形技術(shù)能夠滿(mǎn)足每一個(gè)要求，制造商需要的操作系統必須支持多種圖形技術(shù)在同一個(gè)屏幕上的顯示，如HTML5和OpenGL ES。

　　隨著(zhù)設備的連接性和復雜性日益增長(cháng)，對安全問(wèn)題的關(guān)注也開(kāi)始升級。許多制造商面臨著(zhù)越來(lái)越大的壓力，要遵從功能安全標準，例如IEC 61508 SIL 3，也要符合信息安全標準，例如ISO/IEC 15408 EAL 4+。即使認證不是一個(gè)現有要求，制造商在系統設計上也應未雨綢繆，盡量控制未來(lái)的達標難度。為了幫助制造商實(shí)現這一目標，現在一些操作系統廠(chǎng)商提供未經(jīng)認證的、但無(wú)需修改應用程序編程接口(API)就可以升級到認證版本的操作系統。

　　由于用戶(hù)期望值快速發(fā)展，許多制造商在選擇其操作系統時(shí)著(zhù)眼于未來(lái)。這為微內核操作系統提出了要求，那就是系統內的設備驅動(dòng)器、網(wǎng)絡(luò )棧以及其它系統服務(wù)作為獨立的、內存保護進(jìn)程在操作系統內核外運行。這種模塊化的結構提供了極大的靈活性，允許制造商快速添加或刪除服務(wù)，或以新的、特定應用程序功能擴展操作系統，而無(wú)需修改核心操作系統。同樣重要的是，這種結構通過(guò)阻止軟件組件中的錯誤損害其它組件或操作系統來(lái)提供高可靠性?？偠灾?，嵌入式系統越復雜，他們就越需要操作系統提供靈活性和保護。

　　嵌入式硬實(shí)時(shí)操作系統的趨勢

　　嵌入式系統中硬實(shí)時(shí)越來(lái)越重要。美國風(fēng)河系統公司中國總經(jīng)理韓青指出，當你從事設備軟件開(kāi)發(fā)時(shí)，首先需要知道該系統究竟屬于硬實(shí)時(shí)(hard real-time)、軟實(shí)時(shí)還是非實(shí)時(shí)系統。這三種系統所要求的編程技術(shù)和規范存在很大差別。

　　風(fēng)河公司中國總經(jīng)理韓青

　　硬實(shí)時(shí)與軟實(shí)時(shí)之間最關(guān)鍵的差別在于，軟實(shí)時(shí)只能提供統計意義上的實(shí)時(shí)，而不是100%的實(shí)時(shí)。在一些情況下，這樣的“軟性”正確率已經(jīng)可以達到用戶(hù)期望的水平。比如，用戶(hù)在操作DVD播放機時(shí)，只要98%的情況都能正常播放，用戶(hù)可能就滿(mǎn)意了;而發(fā)射衛星、控制核反應堆的應用系統，這些系統的實(shí)時(shí)性必須達到100%，是絕對不允許出現意外的。風(fēng)河VxWorks就是100%的硬實(shí)時(shí)系統。

　　對于軟實(shí)時(shí)系統，就有一個(gè)“硬”到什么程度的問(wèn)題。風(fēng)河于2007年從FSMLabs購買(mǎi)了硬實(shí)時(shí)Linux技術(shù)——RTLinux，并將其與風(fēng)河的Linux設備軟件平臺的結合，為電子設備制造商提供一套成熟、可靠的新技術(shù)，用于開(kāi)發(fā)和部署各種基于Linux的下一代應用，滿(mǎn)足電子設備制造商們對“硬實(shí)時(shí)”特性的較高需求，例如功能型手機、需要高容量流媒體的數字圖像應用以及包括車(chē)輛避撞系統在內的各類(lèi)車(chē)載應用等。其中，已集成RTLinux技術(shù)的Wind River Linux 4 可以把各種基于Linux的高速包交換設備軟件應用提升到高性能級別。

　　嵌入式操作系統在電信業(yè)的展望

　　電信業(yè)是嵌入式操作系統的一個(gè)重要應用。讓我們看看最近的幾個(gè)新聞消息。第一，iPhone 4S使電信數據通訊流量增長(cháng)率1倍;第二，移動(dòng)視頻的普遍使用可能引發(fā)網(wǎng)絡(luò )擁塞的浩劫;第三，Verizon將會(huì )在智能手機和平板電腦中全面支持LTE。

　　面對電信業(yè)網(wǎng)絡(luò )流量可能發(fā)生的浩劫，需要長(cháng)期未雨綢繆。例如，風(fēng)河公司特別推出了能夠充分發(fā)揮最新多核處理技術(shù)潛能的Wind River Network Acceleration Platform(風(fēng)河網(wǎng)絡(luò )加速平臺)，其最大的特色就是以超高的速度進(jìn)行IP包轉發(fā)，目的是為了幫助電信設備制造商快速低成本地推出基于多核處理的網(wǎng)絡(luò )設備。云計算的普及應用為電信業(yè)帶來(lái)了空間的機遇與挑戰，而嵌入式操作系統在其中扮演及其重要的角色，因為與服務(wù)器廠(chǎng)商相比，電信也對高性能、高可靠性嵌入式系統的需求要強烈得多。

　　這需要嵌入式操作系統供應商充分發(fā)揮在多核處理、高可靠性、高安全性方面的專(zhuān)業(yè)優(yōu)勢和經(jīng)驗，提供最有效的解決方案。

　　參考文獻：

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