嵌入式LINUX：通信設備中的主流嵌入式操作系統

技術(shù)和軟件設計方法的演變促進(jìn)了嵌入式Linux應用
嵌入式Linux在嵌入式系統使用的制約因素之一是，資源占用比一般的RTOS要大，即需要更強大的CPU和占用更多的內存。但按照Moore定律，CPU的集成度每18個(gè)月就會(huì )翻一倍，目前在市場(chǎng)上，10美元可以買(mǎi)到32位嵌入式CPU (100MHz主頻左右)。另外，從內存來(lái)看，市場(chǎng)上的SDRAM和Flash從早期512k到目前，基本上都是大于2M的器件，從市場(chǎng)上國內外通信設備看(除部分信息家電產(chǎn)品)，很少有小于4M甚至8M內存的系統，那么傳統的50K RTOS的內核有什么必要？
嵌入式軟件設計方法已經(jīng)從70年代一個(gè)主循環(huán)程序加上若干個(gè)ISR(中斷處理程序)，80、90年代是RTOS內核，ISR和若干個(gè)任務(wù)(線(xiàn)程)到今天嵌入式系統已經(jīng)包含完整操作系統(內核、設備驅動(dòng)、TCP/IP網(wǎng)絡(luò )、文件系統、圖形)、軟件中間件(如各種標準通訊協(xié)議、嵌入式數據庫)、Java和應用軟件。軟件的工作量和投入的人力資源及成本均遠遠大于硬件，并已成為通信設備的主要增值部分。硬件技術(shù)和工藝的發(fā)展為嵌入式系統設計方法演變?yōu)榍度胧絃inux在通信設備中的應用奠定了基礎。

為什么要使用LINUX？
自1989年芬蘭赫爾辛基大學(xué)學(xué)生Linus Torvald發(fā)布了一個(gè)新的Unix變種—Linux到今天，各種Linux系統已經(jīng)成功應用于服務(wù)器、嵌入式系統和桌面系統，因為可以獲得源代碼，應用程序的調試和維護變得容易，通過(guò)開(kāi)放源碼社區，工程師可以得到最前沿的技術(shù)和應用，這將大大加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。Linux遵守GDL(通用公共許可)，沒(méi)有版稅，也沒(méi)有項目和人數限制(而傳統RTOS或私有軟件都有項目、人數、產(chǎn)品系列型號限制或收費上的不同)。使用Linux將大大降低產(chǎn)品研發(fā)和最終產(chǎn)品成本，特別在2001年全球經(jīng)濟走軟(通信制造業(yè)尤為受到重創(chuàng ))的情況下，Linux就更受到普遍的歡迎。
Linux 的代碼質(zhì)量和產(chǎn)品維護是目前許多人介意或傳統的RTOS供應商所攻擊的話(huà)題之一。我們知道，Linux不是由某家公司私自擁有，在遼闊的開(kāi)放源碼的世界和Linux社區中，有數萬(wàn)名自由軟件愛(ài)好者和黑客，數百家Linux發(fā)行版的公司和Linux服務(wù)咨詢(xún)公司在為一個(gè)共同的軟件和開(kāi)放的標準工作。從另外一個(gè)角度，大型的硬件制造商如IBM投資十億美元用于Linux開(kāi)發(fā)，以保證它的服務(wù)器和應用軟件支持Linux 操作系統，其他硬件廠(chǎng)家如惠普也表示出對Linux極大的信心。半導體制造商Intel 除了投資Linux公司(如Montavista)外，還親自操刀加入TLT電信Linux技術(shù)的標準制定和實(shí)現。Intel x86CPU和StrongARM/ Xscale嵌入式CPU都全面支持Linux，IBM和Motorola的半導體部也有同樣舉措。這樣就形成了一個(gè)巨大群體：即半導體、單板機、系統、軟件中間件廠(chǎng)商以及Linux社區，Linux發(fā)行版公司和Linux服務(wù)商都在支持Linux(包含嵌入式Linux)的發(fā)展、維護。已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)了數萬(wàn)種以上的各種應用，其結果遠遠超過(guò)由數十名工程師開(kāi)發(fā)、維護，經(jīng)過(guò)十余年發(fā)展才有幾百種應用的專(zhuān)用RTOS，相比較，Linux和嵌入式Linux是完全可以信賴(lài)的。此外Linux高性能的TCP/IP和網(wǎng)絡(luò )安全性、穩定性，已經(jīng)在業(yè)界得到廣泛的認可。這對通信設備制造商選擇Linux是一種極大的鼓勵。在市場(chǎng)上我們看到，嵌入式Linux經(jīng)過(guò)過(guò)去3-5年的發(fā)展并借助Linux10余年的成功經(jīng)驗，已經(jīng)在各種通信產(chǎn)品中獲得廣泛應用。從各種互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的信息家電到通信基礎設備，嵌入式Linux應用隨處可見(jiàn)。

嵌入式Linux迎合新一代通信設備的發(fā)展需要
“我們正處在前所未有的通信網(wǎng)絡(luò )變化的黎明，這種變化遠遠比25年前模擬網(wǎng)絡(luò )轉變到數字通信網(wǎng)絡(luò )的變化大得多。這種變化用一句話(huà)說(shuō)就是‘集中：未來(lái)的通信網(wǎng)絡(luò )將集中所有通信和分布式計算?！@里面包含了通信的各個(gè)層面：語(yǔ)音、圖像、數據、控制和網(wǎng)絡(luò )管理?！?BR>未來(lái)的通信網(wǎng)絡(luò )將由三個(gè)層面組成：
?互通層：這里包含了路由器、交換機、接入服務(wù)器和網(wǎng)關(guān)。
?控制層：這里包含了軟交換、7號信令系統、PBX等網(wǎng)絡(luò )設備。
?應用層；這里包含了Web、數據庫、計費和網(wǎng)絡(luò )管理。
嵌入式Linux與傳統的RTOS(過(guò)去較多的應用在互通層設備)和大型的Unix或Sun Soloris系統 (較多在應用層服務(wù)器)在這三個(gè)層面展開(kāi)了競爭，目前Linux已經(jīng)有了相當多的成功應用。
我們知道Linux源于Unix，而后者與TCP/IP有不解之緣。Netcrate調查顯示，基于Linux的Apache Web服務(wù)器占56.81%份額。嵌入式Linux在網(wǎng)絡(luò )方面的優(yōu)勢表現在以下三個(gè)方面：
?Linux內核本身就包含豐富的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議和TCP/IP(IPv4和IPv6)協(xié)議，如DNS、Http(Apaucle，goahead等)和網(wǎng)絡(luò )管理的SNMP(V1/2/3)等。
?有為數眾多的開(kāi)放源碼網(wǎng)絡(luò )項目。如Linux ATM， Linux ISDN， 802.1Q(VlAN)，LDAP， MDLS， Linux Firewall， Linux Router， VPN， IPsec Open SSL， CORBR / DCCOM， 802.11b，Bluetooth， IPv6， OSPF/BGP等。
?Linux TCP/IP效率遠遠高于傳統的RTOS。
據法國Interface concepts的測試，他們在使用Montavista Linux時(shí)發(fā)現，TCP/IP的吞吐率比以前的VRTX和PSOS快5-10倍。
隨著(zhù)嵌入式Linux在通信設備的廣泛應用，眾多第三方的應用軟件也已經(jīng)支持Linux，其中有Netplane(MPLS、Iprouting和ATM)，Trilium (SS7、VOIP)，LVL7(L2/L3交換和路由協(xié)議)，Solid(嵌入式數據庫)等。
而象Ipinfusion和Nexthop等是靠維護、支持Zebra SPF/BGP和Ggate路由協(xié)議而生存的。它們更像是Linux系統咨詢(xún)服務(wù)商。
新一代通信設備離不開(kāi)高效的網(wǎng)絡(luò )處理器，目前嵌入式Linux(如Montavista)已經(jīng)支持了Intel Ixp1200、425、80310，Motorola 8xx/82xx Galileo，MMU，IBM405NP。Broadcom和IDT等公司的網(wǎng)絡(luò )處理器，嵌入Linux主要是在控制平面處理路由和網(wǎng)管，而網(wǎng)絡(luò )處理器主要處理L2數據流。

Montavista 嵌入式Linux
當工程師決定了在一個(gè)新的項目中采用嵌入式Linux以后，會(huì )面臨這樣一個(gè)問(wèn)題：是自己做還是選擇一家嵌入式Linux發(fā)行版公司或嵌入式Linux服務(wù)商。原則上講，可以從網(wǎng)上獲得全部的Linux資源，但是要花費相當多的時(shí)間使它們集成在一起并協(xié)調工作。這決非用幾天或幾周可以完成的工作，而且需要相當多的專(zhuān)業(yè)計算和操作系統的知識，而如果使用嵌入式Linux發(fā)行版公司，可以使你專(zhuān)注在核心業(yè)務(wù)。一般情況下，嵌入式Linux供應商都會(huì )承諾一年或更長(cháng)時(shí)間的升級服務(wù)，這使得設計人員的Linux可以跟上不斷發(fā)展變化的Linux 技術(shù)。而且嵌入式Linux供應商都在自己的發(fā)行版或專(zhuān)業(yè)服務(wù)中增加某些關(guān)鍵技術(shù)：Montavista在自己的Montavista Linux中增加了可搶占內核和實(shí)時(shí)調度器，以提高實(shí)時(shí)響應。
另外，在整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，嵌入式Linux供應商可以提供目標環(huán)境的支持，如Power PC移植(一般Linux應用是在X86平臺上)、免費的技術(shù)培訓、咨詢(xún)和新版本的升級，有些公司還可以有VIP的服務(wù)，如現場(chǎng)支持、專(zhuān)家的熱線(xiàn)服務(wù)和快速修補軟件錯誤。
Montavista 是目前國際上最著(zhù)名的嵌入式Linux發(fā)行版和服務(wù)供應商。Montavista產(chǎn)品名稱(chēng)是Montavista Linux (原HardHad Linux)，支持x86、ppc、ARM、xstrong ARM/Xscale、Mip、SH6大CPU系列有共近80余種單板的LSP設備驅動(dòng)程序(相當于BSP)，它目前有以下幾個(gè)產(chǎn)品：Montavista Linux專(zhuān)業(yè)版2.1，Montavista Carrier Grade版本2.1，Java模塊，Montavista圖形模塊，QT/Embedded圖形等。Montavista Linux2.1基于2.4.17內核，增加可搶占內核，實(shí)時(shí)調度器，最新的GNU工具鏈，目標配置和庫優(yōu)化器，KDE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，802.11b協(xié)議，日志文件系統和小腳印的Web服務(wù)器：Thttpd.。
Montavista、Intel、Nokia、Alcatel、Cisco 等公司參加的OSDL論壇，是指導Carrier Grade Linux開(kāi)發(fā)并推動(dòng)未來(lái)一代通信系統的組織。Carriex Grage Linux構造在Linux開(kāi)放的體系結構上，并遵守高可靠性的電信級需求。第一個(gè)商業(yè)產(chǎn)品Montavista Carrier Grad Linux2.1版本已經(jīng)正式發(fā)表。
自1997年成立以來(lái)，Montavista Linux已經(jīng)成功地開(kāi)發(fā)出400多種應用，典型的通信產(chǎn)品有：Nokia Flexi Server (移動(dòng)控制功能模塊的管理和信令平臺)，3com 的Kerbungo Internet收音機，Cyclades 的接入服務(wù)器，Interface Concept的以太網(wǎng)交換機和ITT宇航通訊部的無(wú)線(xiàn)收發(fā)機等?！?轉載自《通訊世界》)