嵌入式實(shí)時(shí)操作系統的現狀和未來(lái)

　　內容摘要：從RTOS（嵌入式實(shí)時(shí)操作系統）發(fā)展的歷史、RTOS市場(chǎng)和技術(shù)發(fā)展的變化、RTOS的未來(lái)及RTOS在中國幾個(gè)方面，給出RTOS的現狀、未來(lái)發(fā)展方向及RTOS的應用領(lǐng)域：系統級、板級、SOC級。 

　　隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)應用的迅速發(fā)展，嵌入式微處理器的應用日益廣泛，無(wú)處不在，從波音飛機到移動(dòng)電話(huà)，都有嵌入式微處理器的存在。在嵌入式微處理器的應用開(kāi)發(fā)中，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統（簡(jiǎn)稱(chēng)RTOS）是核心軟件，就像我們日常所用計算機的桌面系統中，微軟公司的Windows 98一樣重要。RTOS 已經(jīng)在全球形成了1個(gè)產(chǎn)業(yè)，據美國EMF(電子市場(chǎng)分析)報告，1999年全球RTOS市場(chǎng)產(chǎn)值達3.6億美圓，而相關(guān)的整個(gè)嵌入式開(kāi)發(fā)工具（包括仿真器、邏輯分析儀、軟件編譯器和調試器）則高達9億美圓。 

　　一、 RTOS發(fā)展歷史 
　　
　　從1981年Ready System發(fā)展了世界上第1個(gè)商業(yè)嵌入式實(shí)時(shí)內核（VRTX32），到今天已經(jīng)有近20年的歷史。20世紀80年代的產(chǎn)品還只支持一些16位的微處理器，如68k,8086等。這時(shí)候的RTOS還只有內核，以銷(xiāo)售二進(jìn)制代碼為主。當時(shí)的產(chǎn)品除VRTX外，還有IPI公司的MTOS和80年代末ISI公司的PSOS。產(chǎn)品主要用于軍事和電信設備。進(jìn)入20世紀90年代，現代操作系統的設計思想，如微內核設計技術(shù)和模塊化設計思想，開(kāi)始滲入RTOS領(lǐng)域。老牌的RTOS廠(chǎng)家如Ready System（在1995年與Microtec Research合并），也推出新一代的 VRTXsa實(shí)時(shí)內核，新一代的RTOS廠(chǎng)家Windriver推出了Vxwork。另外在這個(gè)時(shí)期，各家公司都有力求擺脫完全依賴(lài)第三方工具的制約，而通過(guò)自己收購、授權或使用免費工具鏈的方式，組成1套完整的開(kāi)發(fā)環(huán)境。例如，ISI公司的Prismt、著(zhù)名的Tornado(Windriver)和老牌的Spectra(VRTX開(kāi)發(fā)系統)等。 
　　
　　進(jìn)入20世紀90年代中期，互聯(lián)網(wǎng)之風(fēng)在北美日漸風(fēng)行。網(wǎng)絡(luò )設備制造商、終端產(chǎn)品制造商都要求RTOS有網(wǎng)絡(luò )和圖形界面的功能。為了方便使用大量現存的軟件代碼，他們希望RTOS廠(chǎng)家都支持標準的API，如POSIX， Win32等，并希望RTOS的開(kāi)發(fā)環(huán)境與他們已經(jīng)熟悉的UNIX，Windows一致。這個(gè)時(shí)期代表性的產(chǎn)品有Vxwork，QNX, Lynx和WinCE等。 

　　二、 RTOS市場(chǎng)和技術(shù)發(fā)展的變化 
　　
　　可以看出，進(jìn)入20世紀90年代后，RTOS在嵌入式系統設計中的主導地位已經(jīng)確定，越來(lái)越多的工程師使用RTOS，更多的新用戶(hù)愿意選擇購買(mǎi)而不是自己開(kāi)發(fā)。我們注意到，RTOS的技術(shù)發(fā)展有以下一些變化：
　　
　　1． 因為新的處理器越來(lái)越多，RTOS自身結構的設計更易于移植，以便在短時(shí)間內支持更多種微處理器。 

　　2．開(kāi)放源碼之風(fēng)已波及RTOS廠(chǎng)家。數量相當多的RTOS廠(chǎng)家出售RTOS時(shí)，就附加了源程序代碼并含生產(chǎn)版稅。 

　　3． 后PC時(shí)代更多的產(chǎn)品使用RTOS，它們對實(shí)時(shí)性要求并不高，如手持設備等。微軟公司的WinCE,Plam OS, Java OS等ＲＴＯＳ產(chǎn)品就是順應這些應用而開(kāi)發(fā)出來(lái)的。 

　　4． 電信設備、控制系統要求的高可靠性，對ＲＴＯＳ提出了新的要求。瑞典Enea公司的ＯＳＥ和WindRiver 新推出的Vxwork ＡＥ對支持ＨＡ（高可用性）和熱切換等特點(diǎn)都下了一番功夫。 

　　5． Windriver收購了ＩＳＩ，在RTOS市場(chǎng)形成了相當程度的壟斷，但是由于Windriver決定放棄　PSOS，轉為開(kāi)發(fā)Vxwork與PSOS合二為一版本，這便使得PSOS用戶(hù)再一次走到重新選擇RTOS的路口，給了其他RTOS廠(chǎng)家1次機會(huì )。 

　　6． 嵌入式Linux已經(jīng)在消費電子設備中得到應用。韓國和日本的一些企業(yè)都推出了基于嵌入式Linux的手持設備。嵌入式Linux得到了相當廣泛的半導體廠(chǎng)商的支持和投資，如Intel和 Motorola。  
三、 RTOS的未來(lái)

　　未來(lái)RTOS的應用可能劃分為3個(gè)不同的領(lǐng)域：
　　
　　1． 系統級：指RTOS運行在1個(gè)小型的計算機系統中完成實(shí)時(shí)的控制作用。這個(gè)領(lǐng)域將主要是微軟與Sun競爭之地，傳統上Unix在這里占有絕對優(yōu)勢。Sun通過(guò)收購，讓他的Solaris與 Chrous os（原歐洲的1種RTOS）結合，微軟力推NT的嵌入式版本"Embedded NT"。此外，嵌入式Linux將依托源程序碼開(kāi)放和軟件資源豐富的優(yōu)勢，進(jìn)入系統級RTOS的市場(chǎng)。

　　2． 板級：傳統的RTOS的主要市場(chǎng)。如Vxwork, PSOS, QNX, Lynx和VRTX的應用將主要集中在航空航天、電話(huà)電訊等設備上。

　　3． SOC級（即片上系統）：新一代RTOS的領(lǐng)域：主要應用在消費電子、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )和手持設備等產(chǎn)品上。代表的產(chǎn)品有Symbian 的Epoc、ATI 的Nucleus, Express logic 的Threadx。老牌的RTOS廠(chǎng)家的產(chǎn)品VRTX和Vxwork 也很注意這個(gè)市場(chǎng)。
　　
　　從某種程度講，不會(huì )出現1個(gè)標準的RTOS（像微軟的Windows在桌面系統中的地位一樣），因為嵌入式應用本身就極具多樣性。在某個(gè)時(shí)間段以及某種行業(yè)，會(huì )出現1種絕對領(lǐng)導地位的RTOS，比如今天在寬帶的數據通信設備中的Vxwork和在亞洲手持設備市場(chǎng)上的WinCE就是一例子。但是，這種壟斷地位也并不是牢不可破的，因為在某種程度上用戶(hù)和合作伙伴更愿意去培養1個(gè)新的競爭對手。比如，Intel投資的Montivista和Motorola投資的Lineo，這兩家嵌入式Linux系統，就是說(shuō)明半導體廠(chǎng)商更愿意看到1個(gè)經(jīng)濟適用的、開(kāi)放的RTOS環(huán)境。

　　四、 RTOS在中國
　　
　　中國將是世界上最大的RTOS市場(chǎng)之一。因為中國有著(zhù)世界上最大的電信市場(chǎng)。據信息產(chǎn)業(yè)部預計，在未來(lái)2~3年內，中國將是世界上最大的手機市場(chǎng)（每1部手機都在運行1個(gè)RTOS）。

　　這樣龐大的電信市場(chǎng)就會(huì )孕育著(zhù)大量的電信設備制造商，這就造就了大量的RTOS和開(kāi)發(fā)工具市場(chǎng)機會(huì )。目前，中國的絕大多數設備制造商在采用RTOS時(shí)，首先考慮的還是國外產(chǎn)品。

　　目前，在中國市場(chǎng)上流行的RTOS主要有Vxwork, PSOS, VRTX, Nucleus，QNX和WinCE等。由于多數RTOS是嵌入在設備的控制器上，所以多數用戶(hù)并不愿意冒風(fēng)險嘗試1種新的RTOS。
　　
　　但是我們同時(shí)也注意到，目前 RTOS在中國市場(chǎng)的銷(xiāo)售額還很小，這主要是2個(gè)原因：
　　
　　1．中國設備制造商的規模普遍還無(wú)法與國外公司相比，開(kāi)發(fā)和人員費用相對還較高，所以RTOS對于中國用戶(hù)來(lái)講是比較貴的。

　　2．多數國內用戶(hù)還沒(méi)有開(kāi)始購買(mǎi)RTOS的版稅，其主要原因有：產(chǎn)品未能按計劃批量生產(chǎn)，沒(méi)有交版稅的意識。應該注意，大多數二進(jìn)制的RTOS必須在產(chǎn)品量產(chǎn)時(shí)交版稅，或者按數量買(mǎi)或者與廠(chǎng)家討論一次性買(mǎi)斷，而由廠(chǎng)家直接發(fā)給你授權協(xié)議書(shū)。據國外某家RTOS廠(chǎng)家稱(chēng)，他們年收入的30%來(lái)自版稅。
　　
　　在過(guò)去的幾年中，國家研究機構和企業(yè)，已經(jīng)在開(kāi)發(fā)自有知識產(chǎn)權的RTOS或在開(kāi)放源碼的Linux基礎上發(fā)展自己的嵌人式Linux版本。國產(chǎn)RTOS的市場(chǎng)主要集中在消費電子方面，因為這里有許多國外RTOS不能適應的部分，如中文處理。目前主要產(chǎn)品有：中科院系統的 "女?huà)z"，英文 是"Hopen"；北京科銀京成(原電子科大)的δ OS（原名是CRTOS）;中科院紅旗Linux；深圳藍點(diǎn)Linux?？梢钥隙ǖ刂v，目前這些RTOS市場(chǎng)占有率還很低，多數公司還是依靠政策支持、國內投資、海外上市等支持公司龐大的開(kāi)發(fā)投入，真正的市場(chǎng)回報還只是杯水車(chē)薪。如何長(cháng)期良性循環(huán)發(fā)展下去將是1個(gè)重要的題目。對于這些廠(chǎng)家而言，如果深入到某種特定的應用產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，如機頂盒，那將可能會(huì )等到一兩家用戶(hù)的支持，而同時(shí)將會(huì )失去更多的用戶(hù)。因為用戶(hù)之間有很強烈的競爭性，他們并不想讓供應商參與他們的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的全過(guò)程。
　　
　　如何開(kāi)發(fā)出1種通用的RTOS，使得用戶(hù)易于使用，方便地裁剪到某系統中去，國外商用RTOS已經(jīng)很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。中國人設計的RTOS應更多地適于中國的國情，除了中文處理，中國有著(zhù)廣泛的單片機的應用基礎。開(kāi)發(fā)設計1種簡(jiǎn)單、易用的RTOS開(kāi)發(fā)環(huán)境，以中國人可以接受的價(jià)格和更為務(wù)實(shí)的技術(shù)支持手段推出，也許可以找到1種正常的市場(chǎng)回報途徑。

　　RTOS產(chǎn)業(yè)是1個(gè)循序漸進(jìn)的產(chǎn)業(yè)，任何急功近利的做法都將導致功虧一簣。用戶(hù)熟悉1種RTOS需要1個(gè)相當的過(guò)程和廠(chǎng)家的支持，同時(shí)用戶(hù)也不愿意輕易放棄1種RTOS。我們相信中國人自己開(kāi)發(fā)設計的RTOS一定會(huì )得到國人的認可，有著(zhù)無(wú)限光明的前途。 

 
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