下一代消費設備看好嵌入式Linux

在進(jìn)入市場(chǎng)的頭兩年中，嵌入式Linux設計通過(guò)廣泛應用獲得了巨大的成功。隨著(zhù)嵌入式Linux的成熟， 提供更小的尺寸和更多類(lèi)型的處理器支持，并從早期的試用階段邁進(jìn)到嵌入式的主流，它抓住了電子消費類(lèi)設備的開(kāi)發(fā)者們的想象力。

初期CE市場(chǎng)階段和趨勢
初期的高級消費電子(CE)產(chǎn)品的市場(chǎng)階段是無(wú)線(xiàn)電話(huà)、手持設備、電視和家庭娛樂(lè )、SOHO(小型辦公室和家庭辦公室)網(wǎng)絡(luò )設備和汽車(chē)通信設備。由于廠(chǎng)家采用數字技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )聯(lián)接，所有的這些設備種類(lèi)都處在快速的變化過(guò)程中。
●  手持設備的融合與多樣化
在手持設備方面，絕然不同類(lèi)的無(wú)線(xiàn)個(gè)人數字助理(PDA)和無(wú)線(xiàn)電話(huà)正走向融合。雖然一些功能的融合正成為事實(shí)，這些產(chǎn)品盡管具有越來(lái)越多的共享功能和特性，但仍然保持各自的特點(diǎn)。
大部分的手持設備首先設計成以通信為中心的數字蜂窩電話(huà)和以信息為中心的無(wú)線(xiàn)PDA。雖然所用技術(shù)很多是相似的，用戶(hù)接口規范和設計卻十分多樣化，電話(huà)主要是語(yǔ)音通信, 無(wú)線(xiàn)PDA是存取個(gè)人的和公司的數據。
第二，電話(huà)的建設和行銷(xiāo)的經(jīng)濟方式相對PDA是截然不同的，而兩種設備類(lèi)型都面臨極大的利潤壓力和不斷降低價(jià)格的目標。
最后，二者在網(wǎng)絡(luò )連接類(lèi)型方面也不一致.  以語(yǔ)音為中心的電話(huà)連接到數字蜂窩廣域網(wǎng)，廣域網(wǎng)再連接到公眾電話(huà)網(wǎng)絡(luò )。PDA一般是用來(lái)連接到區域網(wǎng)絡(luò )、公司的虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )(VPN)和互聯(lián)網(wǎng)。
寬帶和家庭
基于數字內容和先進(jìn)網(wǎng)絡(luò )的服務(wù)正在將起居室變成互連網(wǎng)的媒體中心。 多種的先進(jìn)數字傳輸能力正在進(jìn)入機頂盒、高清晰電視、接收器、網(wǎng)絡(luò )組件和專(zhuān)用媒體集線(xiàn)器。
寬帶在全世界范圍內的爆炸性增長(cháng)，給SOHO網(wǎng)絡(luò )設備和那些以安全、共享為目的的高速度連接器， 比如路由器、家庭網(wǎng)關(guān)、防火墻、寬頻調制解調器、存儲服務(wù)器、IP電話(huà)網(wǎng)關(guān)和無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)都帶來(lái)了相應的市場(chǎng)。 一些產(chǎn)品已經(jīng)將所有的這些功能集成到單一盒子內。
Linux在消費類(lèi)電子產(chǎn)品的第四個(gè)大的市場(chǎng)是汽車(chē)的信息通信。包括在儀表板上和在汽車(chē)乘坐區域的先進(jìn)導航、數據、娛樂(lè )和通信系統。

目前正在銷(xiāo)售和開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品
雖然各大媒體都傾向于聚焦在像 Linux PDA這樣有氣派的小東西上，但嵌入式Linux 在四個(gè)關(guān)鍵的CE 領(lǐng)域中正在獲得廣泛的采用，包括手持、家庭、汽車(chē)和辦公室應用(見(jiàn)表1)。

CE需求和解決方案的關(guān)鍵
當CE應用開(kāi)發(fā)者們開(kāi)始注意Linux的核心能力－－開(kāi)放性、牢靠性和一流的網(wǎng)絡(luò )性能的同時(shí)，應考慮到以下的因素：
●  嵌入式硬件支持
Linux 市場(chǎng)和它的特別需求像一個(gè)冰山?？吹靡?jiàn)的部份由“白盒子”服務(wù)器和桌面機器所組成，但是隱藏其后的大量嵌入式計算則是在處理器和專(zhuān)有的系統設計上建立的。特別是當Intel IA-32和 x86處理器在嵌入式重要設計中占有較大份額的，占優(yōu)勢的 CE 處理器卻是ARM和MIPS系列。
采用嵌入式Linux處理器的最大贏(yíng)家，在手持設備方面是Intel 的StrongARM,以及像 XScale這樣的下一代的ARM系列產(chǎn)品， 而且TI OMAP 承諾在 2003 年會(huì )快速投入手持設備和車(chē)載設備方面的開(kāi)發(fā)力量。在家庭和辦公室則繼續采用 MIPS 和 PowerPC 芯片的混合。
●  系統設計
PC主板和CE設備系統板，嚴格來(lái)說(shuō), 屬于商品。PC主板是被設計成更廣范圍硬件和軟件的支持, 極大多數的CE設計只需要做好一項工作, 并以最低成本來(lái)完成。
PC廠(chǎng)商盡管致力于整合 PCI、視頻和多功能I/O 芯片組，仍然著(zhù)重把幾十種的熟悉部件集成到一個(gè)PC-AT平臺上。嵌入式開(kāi)發(fā)者被比喻是面對一個(gè)大雜燴的袋子. 一方面, 高整合的處理器和 SOC將處理器核心和幾十個(gè)外圍器件封裝在一起來(lái)簡(jiǎn)化他們的工作；另一方面,他們通常拿著(zhù)選好的處理器和市場(chǎng)上提供的參考板開(kāi)始他們的項目， 他們采用的硬件通常有一類(lèi)中的一種。
●  可伸縮的內存容量
與傳統的PC-AT結構不一樣，許多消費電子設備并不炫耀硬盤(pán)并且只需有限的內存來(lái)運作。當今天我們發(fā)現PC已裝備至少128MB RAM和40GB以上的硬盤(pán)時(shí)，多數CE系統努力保持降低成本并應用8到16MB RAM，甚至更少的ROM或Flash存儲器。雖然包括RAM和Flash的價(jià)格下降(或在相同價(jià)格下容量增加)，嵌入式內存容量依然非常保守。
傳統的嵌入式操作系統(實(shí)時(shí)操作系統和Windows CE)通常提供可裁剪的配置，即將整個(gè)接口或目標類(lèi)別，如消息隊列等功能抽取出來(lái)。另一方面，Linux的開(kāi)放特點(diǎn)使得裁剪更加容易，如果你不需要應用編程序接口/模塊/驅動(dòng)程序/軟件庫，則不必將其配置到系統中。因此，按照CE的要求優(yōu)化嵌入式Linux的內存容量需要一些技巧。
●  配置的重要性
為了提供嵌入式CE需求的直觀(guān)性，我們定義三種應用配置，如表2所示。
在表2中每種配置都表示為壓縮映像集(用于引導)，以及解壓和使用的RAM總容量。因此，第一個(gè)值是系統對內存或ROM的需求，第二個(gè)值是Linux、中間件和指定應用對RAM的需求。
提供的應用是建立在IA-32/x86構架上，其它CPU族的結果是不同的。特別是典型的RISC代碼和數據可增大10%~30%，以滿(mǎn)足固定運算值和固定寬度指令以及大量數據隊列的需求。影響容量的其它因素還有內核映像壓縮的限制，如MIPS結構就和RISC有所不同。目前標準的Linux內核不支持ARM Thumb、MIPS16 等完整RISC 指令集的CPU。
所有三種配置都適用于2~4MB的閃存并且可在4MB RAM內執行。如果系統文件存放在閃存內(如Cram FS)，RAM的效率會(huì )更高。
與傳統實(shí)時(shí)操作系統(RTOS)比較，因為代碼和數據實(shí)際配置在RAM/ROM中，嵌入式Linux文件系統比實(shí)際內存可以包含更多的數據和代碼，包括應用軟件、內核模塊和動(dòng)態(tài)庫等等，它們可以根據需要加載或卸載。
●  原地執行節省RAM
許多CE設備制造商關(guān)０－注繼承傳統的RTOS設計——不僅從ROM中引導代碼，而且實(shí)際在那里執行代碼。當許多用戶(hù)不使用原地執行(XIP)操作，只有最近剛剛完成的標準Linux文件系統CramFS提供XIP作為其核心功能的一部分。
目前，Linux不支持XIP讀/寫(xiě)閃存文件系統。許多普通閃存設備(如Intel Strata閃存)關(guān)閉讀取端口或在塊寫(xiě)周期內變?yōu)槿龖B(tài)，使得寫(xiě)周期與XIP不能同時(shí)工作。然而Intel 和其他供應商則提供專(zhuān)用閃存文件系統支持XIP和讀/寫(xiě)(例如Intel Host Creek)
●  可靠性
消費電子設備還提出了高可靠性要求，并要求對最終用戶(hù)提供真正消費級經(jīng)驗。錯誤信息、藍屏、重新引導、數據遺失和恢復時(shí)間，可導致昂貴的產(chǎn)品返修費用及產(chǎn)品線(xiàn)失敗。
●  電源管理
消費電子設備的要求在許多領(lǐng)域中不同于傳統的PC機。首先是電源消耗和管理，需要減小功耗和相關(guān)散熱。在歐洲和亞洲，高的電費和政府規定使低電源功耗成為銷(xiāo)售熱點(diǎn)及重要的產(chǎn)品特點(diǎn)。
來(lái)自Intel (Xscale)、TI(OMAP ARM)和IBM(Power LP)的消費電子芯片，片內具有先進(jìn)的電源管理特性設計，例如CPU頻率和電壓的動(dòng)態(tài)調整。設備操作系統和系統軟件需要能夠以智能方式和可定制方法利用這些特性，以便減少電源功耗而不明顯減慢最終用戶(hù)與設備的人機對話(huà)。
傳統桌面系統Linux的電源管理繼承了APM(高級電源管理)功能?，F在也支持ACPI(高級配置和電源接口)，可惜兩種電源管理規范僅支持IA-32和面向桌面/筆記本的平臺，并且至今還沒(méi)有移植到?jīng)]有BIOS的CE平臺上。
一連串基于A(yíng)PM/ACPI電源管理的API和中間件正在取得進(jìn)展，其使用機制更適合于CE設備。今年晚些時(shí)候，我們期待著(zhù)這些項目和產(chǎn)品的發(fā)布。
●  快速引導/立即開(kāi)機
CE設備制造商要求他們的產(chǎn)品快速地進(jìn)入Linux引導順序。一些立即開(kāi)機的需求源于消費者的感受和經(jīng)驗，而另外一些則來(lái)自政府和運營(yíng)商的要求，對緊急的服務(wù)無(wú)線(xiàn)電話(huà)必須迅速開(kāi)機。
嵌入式Linux內核實(shí)際上非?？焖俚貓绦幸龑С绦?，采用200MHz ARM的設備能在小于200ms的時(shí)間內引導程序。而桌面Linux，啟動(dòng)后臺服務(wù)、裝載文件系統和初始化GUI或桌面PC等過(guò)程要拖延幾分鐘的時(shí)間。
●  安全
Linux在企業(yè)數據和基礎安全方面有很重要的作用，消費類(lèi)產(chǎn)品在操作系統上的安全計算也有其特殊的要求。 這些要求表現在四個(gè)方面：訪(fǎng)問(wèn)控制，防范不信任軟件，網(wǎng)絡(luò )流安全和內容保護。

開(kāi)放源碼和CE市場(chǎng)
正確認識到CE市場(chǎng)現在甚至今后可能決不會(huì )成為純開(kāi)放源碼是重要的。不論好壞，CE設備制造商把他們的一些產(chǎn)品作為專(zhuān)用產(chǎn)品，特別是軟件，甚至不愿意考慮開(kāi)放源碼。然而，這些公司卻因為顯而易見(jiàn)和潛在的原因而熱心采納和借助Linux。他們主要想削減開(kāi)發(fā)費用，完全免費的Linux內核是一個(gè)很好的開(kāi)始。他們也想利用豐富的驅動(dòng)軟件、中間件和應用程序資源，這些都來(lái)源于開(kāi)放的源碼和使用Linux的供應商。
我們和其他一些公司已經(jīng)準備制訂相當簡(jiǎn)單的規則，讓嵌入式產(chǎn)品的構建者“保護”他們的IP，而又沒(méi)有違反我們的開(kāi)放源碼原則和團體的目標。

消費電子中Linux的未來(lái)
在全球有幾百種基于Linux的消費電子產(chǎn)品在開(kāi)發(fā)中，日本公司最有闖勁地將先進(jìn)消費電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)轉到Linux，而在美國、歐洲和日本以外的亞太也有為數不少的項目。越來(lái)越多的公司正在采用Linux作為他們高級消費電子產(chǎn)品的戰略平臺。
Linux消費電子產(chǎn)品的第二個(gè)浪潮開(kāi)始于2002年的秋冬季。
在未來(lái)的幾年里，在消費電子中Linux的優(yōu)勢會(huì )減弱Linux在傳統PC世界的影響?；贚inux的CE嵌入式應用將更加鞏固它在傳統實(shí)時(shí)嵌入式操作系統市場(chǎng)的地位。在這種情況下，這個(gè)趨勢將使得消費電子公司更快速地把他們的技術(shù)和產(chǎn)品推向市場(chǎng)?！?
linux操作系統文章專(zhuān)題:linux操作系統詳解（linux不再難懂）