下一代消費(fèi)設(shè)備看好嵌入式Linux
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初期CE市場階段和趨勢
初期的高級消費(fèi)電子(CE)產(chǎn)品的市場階段是無線電話、手持設(shè)備、電視和家庭娛樂、SOHO(小型辦公室和家庭辦公室)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和汽車通信設(shè)備。由于廠家采用數(shù)字技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，所有的這些設(shè)備種類都處在快速的變化過程中。
● 手持設(shè)備的融合與多樣化
在手持設(shè)備方面，絕然不同類的無線個人數(shù)字助理(PDA)和無線電話正走向融合。雖然一些功能的融合正成為事實，這些產(chǎn)品盡管具有越來越多的共享功能和特性，但仍然保持各自的特點。
大部分的手持設(shè)備首先設(shè)計成以通信為中心的數(shù)字蜂窩電話和以信息為中心的無線PDA。雖然所用技術(shù)很多是相似的，用戶接口規(guī)范和設(shè)計卻十分多樣化，電話主要是語音通信, 無線PDA是存取個人的和公司的數(shù)據(jù)。
第二，電話的建設(shè)和行銷的經(jīng)濟(jì)方式相對PDA是截然不同的，而兩種設(shè)備類型都面臨極大的利潤壓力和不斷降低價格的目標(biāo)。
最后，二者在網(wǎng)絡(luò)連接類型方面也不一致. 以語音為中心的電話連接到數(shù)字蜂窩廣域網(wǎng)，廣域網(wǎng)再連接到公眾電話網(wǎng)絡(luò)。PDA一般是用來連接到區(qū)域網(wǎng)絡(luò)、公司的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)(VPN)和互聯(lián)網(wǎng)。
寬帶和家庭
基于數(shù)字內(nèi)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(shù)字傳輸能力正在進(jìn)入機(jī)頂盒、高清晰電視、接收器、網(wǎng)絡(luò)組件和專用媒體集線器。
寬帶在全世界范圍內(nèi)的爆炸性增長，給SOHO網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(diào)制解調(diào)器、存儲服務(wù)器、IP電話網(wǎng)關(guān)和無線接入點都帶來了相應(yīng)的市場。 一些產(chǎn)品已經(jīng)將所有的這些功能集成到單一盒子內(nèi)。
Linux在消費(fèi)類電子產(chǎn)品的第四個大的市場是汽車的信息通信。包括在儀表板上和在汽車乘坐區(qū)域的先進(jìn)導(dǎo)航、數(shù)據(jù)、娛樂和通信系統(tǒng)。
目前正在銷售和開發(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、汽車和辦公室應(yīng)用(見表1)。
CE需求和解決方案的關(guān)鍵
當(dāng)CE應(yīng)用開發(fā)者們開始注意Linux的核心能力－－開放性、牢靠性和一流的網(wǎng)絡(luò)性能的同時，應(yīng)考慮到以下的因素：
● 嵌入式硬件支持
Linux 市場和它的特別需求像一個冰山?？吹靡姷牟糠萦伞鞍缀凶印狈?wù)器和桌面機(jī)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有的系統(tǒng)設(shè)計上建立的。特別是當(dāng)Intel IA-32和 x86處理器在嵌入式重要設(shè)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處理器的最大贏家，在手持設(shè)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 年會快速投入手持設(shè)備和車載設(shè)備方面的開發(fā)力量。在家庭和辦公室則繼續(xù)采用 MIPS 和 PowerPC 芯片的混合。
● 系統(tǒng)設(shè)計
PC主板和CE設(shè)備系統(tǒng)板，嚴(yán)格來說, 屬于商品。PC主板是被設(shè)計成更廣范圍硬件和軟件的支持, 極大多數(shù)的CE設(shè)計只需要做好一項工作, 并以最低成本來完成。
PC廠商盡管致力于整合 PCI、視頻和多功能I/O 芯片組，仍然著重把幾十種的熟悉部件集成到一個PC-AT平臺上。嵌入式開發(fā)者被比喻是面對一個大雜燴的袋子. 一方面, 高整合的處理器和 SOC將處理器核心和幾十個外圍器件封裝在一起來簡化他們的工作；另一方面,他們通常拿著選好的處理器和市場上提供的參考板開始他們的項目， 他們采用的硬件通常有一類中的一種。
● 可伸縮的內(nèi)存容量
與傳統(tǒng)的PC-AT結(jié)構(gòu)不一樣，許多消費(fèi)電子設(shè)備并不炫耀硬盤并且只需有限的內(nèi)存來運(yùn)作。當(dāng)今天我們發(fā)現(xiàn)PC已裝備至少128MB RAM和40GB以上的硬盤時，多數(shù)CE系統(tǒng)努力保持降低成本并應(yīng)用8到16MB RAM，甚至更少的ROM或Flash存儲器。雖然包括RAM和Flash的價格下降(或在相同價格下容量增加)，嵌入式內(nèi)存容量依然非常保守。
傳統(tǒng)的嵌入式操作系統(tǒng)(實時操作系統(tǒng)和Windows CE)通常提供可裁剪的配置，即將整個接口或目標(biāo)類別，如消息隊列等功能抽取出來。另一方面，Linux的開放特點使得裁剪更加容易，如果你不需要應(yīng)用編程序接口/模塊/驅(qū)動程序/軟件庫，則不必將其配置到系統(tǒng)中。因此，按照CE的要求優(yōu)化嵌入式Linux的內(nèi)存容量需要一些技巧。
● 配置的重要性
為了提供嵌入式CE需求的直觀性，我們定義三種應(yīng)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(dǎo))，以及解壓和使用的RAM總?cè)萘?。因此，第一個值是系統(tǒng)對內(nèi)存或ROM的需求，第二個值是Linux、中間件和指定應(yīng)用對RAM的需求。
提供的應(yīng)用是建立在IA-32/x86構(gòu)架上，其它CPU族的結(jié)果是不同的。特別是典型的RISC代碼和數(shù)據(jù)可增大10%~30%，以滿足固定運(yùn)算值和固定寬度指令以及大量數(shù)據(jù)隊列的需求。影響容量的其它因素還有內(nèi)核映像壓縮的限制，如MIPS結(jié)構(gòu)就和RISC有所不同。目前標(biāo)準(zhǔn)的Linux內(nèi)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(nèi)執(zhí)行。如果系統(tǒng)文件存放在閃存內(nèi)(如Cram FS)，RAM的效率會更高。
與傳統(tǒng)實時操作系統(tǒng)(RTOS)比較，因為代碼和數(shù)據(jù)實際配置在RAM/ROM中，嵌入式Linux文件系統(tǒng)比實際內(nèi)存可以包含更多的數(shù)據(jù)和代碼，包括應(yīng)用軟件、內(nèi)核模塊和動態(tài)庫等等，它們可以根據(jù)需要加載或卸載。
● 原地執(zhí)行節(jié)省RAM
許多CE設(shè)備制造商關(guān)０－注繼承傳統(tǒng)的RTOS設(shè)計——不僅從ROM中引導(dǎo)代碼，而且實際在那里執(zhí)行代碼。當(dāng)許多用戶不使用原地執(zhí)行(XIP)操作，只有最近剛剛完成的標(biāo)準(zhǔn)Linux文件系統(tǒng)CramFS提供XIP作為其核心功能的一部分。
目前，Linux不支持XIP讀/寫閃存文件系統(tǒng)。許多普通閃存設(shè)備(如Intel Strata閃存)關(guān)閉讀取端口或在塊寫周期內(nèi)變?yōu)槿龖B(tài)，使得寫周期與XIP不能同時工作。然而Intel 和其他供應(yīng)商則提供專用閃存文件系統(tǒng)支持XIP和讀/寫(例如Intel Host Creek)
● 可靠性
消費(fèi)電子設(shè)備還提出了高可靠性要求，并要求對最終用戶提供真正消費(fèi)級經(jīng)驗。錯誤信息、藍(lán)屏、重新引導(dǎo)、數(shù)據(jù)遺失和恢復(fù)時間，可導(dǎo)致昂貴的產(chǎn)品返修費(fèi)用及產(chǎn)品線失敗。
● 電源管理
消費(fèi)電子設(shè)備的要求在許多領(lǐng)域中不同于傳統(tǒng)的PC機(jī)。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(fèi)和政府規(guī)定使低電源功耗成為銷售熱點及重要的產(chǎn)品特點。
來自Intel (Xscale)、TI(OMAP ARM)和IBM(Power LP)的消費(fèi)電子芯片，片內(nèi)具有先進(jìn)的電源管理特性設(shè)計，例如CPU頻率和電壓的動態(tài)調(diào)整。設(shè)備操作系統(tǒng)和系統(tǒng)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與設(shè)備的人機(jī)對話。
傳統(tǒng)桌面系統(tǒng)Linux的電源管理繼承了APM(高級電源管理)功能?，F(xiàn)在也支持ACPI(高級配置和電源接口)，可惜兩種電源管理規(guī)范僅支持IA-32和面向桌面/筆記本的平臺，并且至今還沒有移植到?jīng)]有BIOS的CE平臺上。
一連串基于APM/ACPI電源管理的API和中間件正在取得進(jìn)展，其使用機(jī)制更適合于CE設(shè)備。今年晚些時候，我們期待著這些項目和產(chǎn)品的發(fā)布。
● 快速引導(dǎo)/立即開機(jī)
CE設(shè)備制造商要求他們的產(chǎn)品快速地進(jìn)入Linux引導(dǎo)順序。一些立即開機(jī)的需求源于消費(fèi)者的感受和經(jīng)驗，而另外一些則來自政府和運(yùn)營商的要求，對緊急的服務(wù)無線電話必須迅速開機(jī)。
嵌入式Linux內(nèi)核實際上非?？焖俚貓?zhí)行引導(dǎo)程序，采用200MHz ARM的設(shè)備能在小于200ms的時間內(nèi)引導(dǎo)程序。而桌面Linux，啟動后臺服務(wù)、裝載文件系統(tǒng)和初始化GUI或桌面PC等過程要拖延幾分鐘的時間。
● 安全
Linux在企業(yè)數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)安全方面有很重要的作用，消費(fèi)類產(chǎn)品在操作系統(tǒng)上的安全計算也有其特殊的要求。 這些要求表現(xiàn)在四個方面：訪問控制，防范不信任軟件，網(wǎng)絡(luò)流安全和內(nèi)容保護(hù)。
開放源碼和CE市場
正確認(rèn)識到CE市場現(xiàn)在甚至今后可能決不會成為純開放源碼是重要的。不論好壞，CE設(shè)備制造商把他們的一些產(chǎn)品作為專用產(chǎn)品，特別是軟件，甚至不愿意考慮開放源碼。然而，這些公司卻因為顯而易見和潛在的原因而熱心采納和借助Linux。他們主要想削減開發(fā)費(fèi)用，完全免費(fèi)的Linux內(nèi)核是一個很好的開始。他們也想利用豐富的驅(qū)動軟件、中間件和應(yīng)用程序資源，這些都來源于開放的源碼和使用Linux的供應(yīng)商。
我們和其他一些公司已經(jīng)準(zhǔn)備制訂相當(dāng)簡單的規(guī)則，讓嵌入式產(chǎn)品的構(gòu)建者“保護(hù)”他們的IP，而又沒有違反我們的開放源碼原則和團(tuán)體的目標(biāo)。
消費(fèi)電子中Linux的未來
在全球有幾百種基于Linux的消費(fèi)電子產(chǎn)品在開發(fā)中，日本公司最有闖勁地將先進(jìn)消費(fèi)電子產(chǎn)品的開發(fā)轉(zhuǎn)到Linux，而在美國、歐洲和日本以外的亞太也有為數(shù)不少的項目。越來越多的公司正在采用Linux作為他們高級消費(fèi)電子產(chǎn)品的戰(zhàn)略平臺。
Linux消費(fèi)電子產(chǎn)品的第二個浪潮開始于2002年的秋冬季。
在未來的幾年里，在消費(fèi)電子中Linux的優(yōu)勢會減弱Linux在傳統(tǒng)PC世界的影響。基于Linux的CE嵌入式應(yīng)用將更加鞏固它在傳統(tǒng)實時嵌入式操作系統(tǒng)市場的地位。在這種情況下，這個趨勢將使得消費(fèi)電子公司更快速地把他們的技術(shù)和產(chǎn)品推向市場。■
linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）
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