嵌入式操作系統(tǒng)的趨勢探討

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

　　嵌入式操作系統(tǒng)的特點(diǎn)

　　嵌入式操作系統(tǒng)正變得流行，因?yàn)樘幚砥髯兊迷絹碓綇?fù)雜，嵌入式系統(tǒng)正朝網(wǎng)絡(luò)連接化發(fā)展，系統(tǒng)必須簡單易用，安全越來越重要，上市時(shí)間越來越快。

　　QNX軟件系統(tǒng)有限公司產(chǎn)品管理總經(jīng)理Grant Courville認(rèn)為,許多年前，汽車制造商就認(rèn)識(shí)到親力親為生產(chǎn)出汽車內(nèi)所需的每一個(gè)零部件既不現(xiàn)實(shí)，也不能獲利。他們開始依靠供應(yīng)商來提供從輪胎、方向盤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(tǒng)的公司也開始認(rèn)識(shí)到同樣的問題。這些公司以前一貫編寫并維護(hù)自己的軟件，包括自己的操作系統(tǒng)。但市場已經(jīng)演進(jìn)，絕大多數(shù)“原生”的操作系統(tǒng)已經(jīng)無法應(yīng)對(duì)嵌入式系統(tǒng)的復(fù)雜程度。因此，許多制造商開始采用現(xiàn)成的操作系統(tǒng)。

　　個(gè)中原因一目了然。其一，處理器已經(jīng)變得非常復(fù)雜，往往集成兩個(gè)或多個(gè)處理內(nèi)核。設(shè)計(jì)一個(gè)跨多內(nèi)核、可同時(shí)運(yùn)行多個(gè)軟件任務(wù)的操作系統(tǒng)是一項(xiàng)龐大的工程，需要高度專業(yè)的軟件開發(fā)人員。因此，許多公司已經(jīng)意識(shí)到他們需要使用的是專為多內(nèi)核處理器設(shè)計(jì)的成熟的商業(yè)操作系統(tǒng)。

　　嵌入式系統(tǒng)正朝網(wǎng)絡(luò)連接化發(fā)展，支持遠(yuǎn)程控制和現(xiàn)場軟件升級(jí)。許多嵌入式系統(tǒng)還需要圖形用戶界面、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和無線網(wǎng)絡(luò)功能。這一系列的要求為功能完善的操作系統(tǒng)創(chuàng)造了用武之地，在支持復(fù)雜的軟件設(shè)計(jì)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(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性不能轉(zhuǎn)嫁給最終用戶。系統(tǒng)必須保持簡單易用。新型的智能手機(jī)已經(jīng)證明，小型設(shè)備也可以支持一個(gè)具有完整的多點(diǎn)觸摸屏幕、流暢的畫面切換和動(dòng)畫的直觀用戶界面。從經(jīng)濟(jì)的角度來看，除非操作系統(tǒng)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(duì)于能夠支持硬件加速2D和3D圖形和高層次用戶界面設(shè)計(jì)工具的操作系統(tǒng)的需求不斷增長。而且因?yàn)闆]一項(xiàng)圖形技術(shù)能夠滿足每一個(gè)要求，制造商需要的操作系統(tǒng)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。

　　隨著設(shè)備的連接性和復(fù)雜性日益增長，對(duì)安全問題的關(guān)注也開始升級(jí)。許多制造商面臨著越來越大的壓力，要遵從功能安全標(biāo)準(zhǔn)，例如IEC 61508 SIL 3，也要符合信息安全標(biāo)準(zhǔn)，例如ISO/IEC 15408 EAL 4+。即使認(rèn)證不是一個(gè)現(xiàn)有要求，制造商在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上也應(yīng)未雨綢繆，盡量控制未來的達(dá)標(biāo)難度。為了幫助制造商實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，現(xiàn)在一些操作系統(tǒng)廠商提供未經(jīng)認(rèn)證的、但無需修改應(yīng)用程序編程接口(API)就可以升級(jí)到認(rèn)證版本的操作系統(tǒng)。

　　由于用戶期望值快速發(fā)展，許多制造商在選擇其操作系統(tǒng)時(shí)著眼于未來。這為微內(nèi)核操作系統(tǒng)提出了要求，那就是系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)器、網(wǎng)絡(luò)棧以及其它系統(tǒng)服務(wù)作為獨(dú)立的、內(nèi)存保護(hù)進(jìn)程在操作系統(tǒng)內(nèi)核外運(yùn)行。這種模塊化的結(jié)構(gòu)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(yīng)用程序功能擴(kuò)展操作系統(tǒng)，而無需修改核心操作系統(tǒng)。同樣重要的是，這種結(jié)構(gòu)通過阻止軟件組件中的錯(cuò)誤損害其它組件或操作系統(tǒng)來提供高可靠性?？偠灾度胧较到y(tǒng)越復(fù)雜，他們就越需要操作系統(tǒng)提供靈活性和保護(hù)。

　　嵌入式硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的趨勢

　　嵌入式系統(tǒng)中硬實(shí)時(shí)越來越重要。美國風(fēng)河系統(tǒng)公司中國總經(jīng)理韓青指出，當(dāng)你從事設(shè)備軟件開發(fā)時(shí)，首先需要知道該系統(tǒng)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(tǒng)。這三種系統(tǒng)所要求的編程技術(shù)和規(guī)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(tǒng)計(jì)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(dá)到用戶期望的水平。比如，用戶在操作DVD播放機(jī)時(shí)，只要98%的情況都能正常播放，用戶可能就滿意了;而發(fā)射衛(wèi)星、控制核反應(yīng)堆的應(yīng)用系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性必須達(dá)到100%，是絕對(duì)不允許出現(xiàn)意外的。風(fēng)河VxWorks就是100%的硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)。

　　對(duì)于軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)，就有一個(gè)“硬”到什么程度的問題。風(fēng)河于2007年從FSMLabs購買了硬實(shí)時(shí)Linux技術(shù)——RTLinux，并將其與風(fēng)河的Linux設(shè)備軟件平臺(tái)的結(jié)合，為電子設(shè)備制造商提供一套成熟、可靠的新技術(shù)，用于開發(fā)和部署各種基于Linux的下一代應(yīng)用，滿足電子設(shè)備制造商們對(duì)“硬實(shí)時(shí)”特性的較高需求，例如功能型手機(jī)、需要高容量流媒體的數(shù)字圖像應(yīng)用以及包括車輛避撞系統(tǒng)在內(nèi)的各類車載應(yīng)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(shè)備軟件應(yīng)用提升到高性能級(jí)別。

　　嵌入式操作系統(tǒng)在電信業(yè)的展望

　　電信業(yè)是嵌入式操作系統(tǒng)的一個(gè)重要應(yīng)用。讓我們看看最近的幾個(gè)新聞消息。第一，iPhone 4S使電信數(shù)據(jù)通訊流量增長率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(jī)和平板電腦中全面支持LTE。

　　面對(duì)電信業(yè)網(wǎng)絡(luò)流量可能發(fā)生的浩劫，需要長期未雨綢繆。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(tái))，其最大的特色就是以超高的速度進(jìn)行IP包轉(zhuǎn)發(fā)，目的是為了幫助電信設(shè)備制造商快速低成本地推出基于多核處理的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。云計(jì)算的普及應(yīng)用為電信業(yè)帶來了空間的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，而嵌入式操作系統(tǒng)在其中扮演及其重要的角色，因?yàn)榕c服務(wù)器廠商相比，電信也對(duì)高性能、高可靠性嵌入式系統(tǒng)的需求要強(qiáng)烈得多。

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

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]迎九.軟件安全成為嵌入式云計(jì)算的熱點(diǎn).電子產(chǎn)品世界,2011(12):32

　　[2]王瑩. 嵌入式系統(tǒng)與FPGA的最新動(dòng)向. 電子產(chǎn)品世界,2011(3):10

　　[3] 倪光南.破壞式創(chuàng)新與嵌入式軟件探析.電子產(chǎn)品世界,2011(1-2):9