《嵌入式操作系統(tǒng)史話》之六：開源的嵌入式OS
Linux
由Linus Torvalds在1991年發(fā)表的Linux開放操作系統(tǒng)，是由在互聯(lián)網(wǎng)上的志愿者們開發(fā)的，吸引了許許多多忠實的追隨者，自1999年穩(wěn)定的2.2 版本發(fā)布以來，Linux早已經(jīng)在服務(wù)器和臺式機(jī)上取得了巨大的成功，正在嵌入式系統(tǒng)中大放異彩。許多人認(rèn)為Linux可以獲得在嵌入式市場上的認(rèn)可，真正的關(guān)鍵的原因是得益于Linux高質(zhì)量和其生命力，當(dāng)然可以給Linux開發(fā)人員提供了靈活性和開放源碼選擇，不收取運(yùn)行時許可使用費(fèi)也是開發(fā)者選擇Linux的理由。與商業(yè)軟件授權(quán)方式不同的是，開發(fā)者可以自由修改的Linux，以滿足他們的應(yīng)用需要。在技術(shù)上，因為基于UNIX技術(shù)，Linux提供廣泛的功能強(qiáng)大的操作系統(tǒng)功能，包括內(nèi)存保護(hù)、進(jìn)程和線程，以及豐富的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，Linux與POSIX標(biāo)準(zhǔn)兼容，從而提高了應(yīng)用的可移植性。Linux支持多種微處理器，總線架構(gòu)和設(shè)備，通常情況下，芯片公司的驅(qū)動程序，應(yīng)用相關(guān)的中間件，工具和應(yīng)用程序都是先為Linux開發(fā)的，后來移植到其他OS平臺，這些特性都非常適合于嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。
Montavista Linux
談到嵌入式Linux，MontaVista是一定要提到的，它對于Linux在嵌入式系統(tǒng)商業(yè)應(yīng)用起到重要的作用，MontaVista創(chuàng)始人和首席執(zhí)行官正是第3篇里面講到的Jim Ready，他是公認(rèn)的商業(yè)操作系統(tǒng)的先驅(qū)，有超過25年在嵌入式軟件行業(yè)的經(jīng)驗。當(dāng)他還在Ready System時候，他就關(guān)注Linux的發(fā)展，93年他曾下載過0.98版本Linux并嘗試運(yùn)行起來，他預(yù)見到Linux將成為未來影響嵌入式市場的一個重要因素。1999年在Alloy創(chuàng)業(yè)投資公司的支持下，Jim開始建立一個嵌入式Linux軟件工程師的公司，目標(biāo)是開發(fā)一個嵌入式Linux 軟件平臺，也就是Hard Hat Linux。如圖1戴帽子的企鵝的宣傳畫。2001年Hard Hat Linux 2.0 版本發(fā)布之后，在Red hat（紅帽）公司一再要求下，產(chǎn)品改名為Montavista Linux，之后陸續(xù)發(fā)布了2.1/3.0/3.1/4.0和后來5.0 版本。從技術(shù)上看，Montavista Linux不只是一個通用的Linux發(fā)行版，它更是為嵌入式系統(tǒng)所需的可靠性和實時性（通過對2.4內(nèi)核加入實時補(bǔ)?。┒脑O(shè)計，支持高端嵌入式系統(tǒng)使用的處理器架構(gòu)x86、ARM、PowerPC 和MIPS 、一系列的驅(qū)動程序和板級支持包。它有一整套的開發(fā)工具，閃存和固態(tài)存儲文件系統(tǒng)，還有可以很容易地監(jiān)視系統(tǒng)的完整性和性能的各種工具『2』。
圖1： Hard hat Linux戴帽子企鵝的宣傳畫
Montavista創(chuàng)建以后的10年間，借助開源軟件之勢，迅速發(fā)展，并成功的將其Montavista Linux應(yīng)用在通信基礎(chǔ)設(shè)備，智能手機(jī)，數(shù)字電視機(jī)和機(jī)頂盒等各種嵌入式系統(tǒng)中，國際頂級的設(shè)備制造商紛紛采用它的技術(shù)和產(chǎn)品，比如NEC、Motorola和三星電子。Montavista Linux 的出現(xiàn)對于傳統(tǒng)的商業(yè)RTOS 是很大的沖擊，客戶逐漸認(rèn)識到開源軟件的價值，紛紛轉(zhuǎn)向開源，遵循開源規(guī)則的Montavista就是最好的選擇之一，雖然期間也有幾個競爭對手，比如1995年在匹斯堡成立的timesys，雖然也有著不錯的產(chǎn)品，但是畢竟遠(yuǎn)離硅谷又不熟悉嵌入式軟件運(yùn)作模式，所以沒有形成對Montavista 威脅，真正的威脅還是傳統(tǒng)的RTOS巨頭，當(dāng)他們認(rèn)識到開源軟件潮流已經(jīng)到來的時候，市場的競爭才真正到來了。經(jīng)歷幾輪的風(fēng)險投資，Montavista 沒有能夠?qū)崿F(xiàn)盈利預(yù)期，再經(jīng)過2008年金融危機(jī)的沖擊，2009年Montavista被半導(dǎo)體公司Cavium收購。
Red Hat的eCos
eCos全稱是Embedded Configurable Operating System，它出生于1997年，可以說是嵌入式領(lǐng)域的一個后來者，相對其他的系統(tǒng)來說，它非常年輕，在設(shè)計理念上面是比較新穎的，eCos絕大多數(shù)代碼使用C寫作完成。eCos最早是Cygnus公司開發(fā)（該公司成立于1989年，大家一定知道Cygwin吧，就是他們開發(fā)的），1999年被RedHat收購，2002年RedHat因為財務(wù)上的原因放棄了RedHat項目，解雇了eCos的開發(fā)人員，2004年在eCos開發(fā)者的呼吁下，RedHat 同意把eCos版權(quán)轉(zhuǎn)給開源軟件基金會。之后，eCos主要開發(fā)人員組建了一個新的eCosCentric公司，繼續(xù)進(jìn)行eCos的開發(fā)和技術(shù)支持。
eCos 最大的特點是模塊化，內(nèi)核可配置。如果說嵌入式Linux太龐大了，那么eCos可能就能夠滿足你的要求。它是一個針對16/32/64位處理器的可移植開放源代碼的嵌入式RTOS。和Linux不同，它是由專門設(shè)計嵌入式系統(tǒng)的工程師設(shè)計的。eCos提供的Linux兼容的API能讓開發(fā)人員輕松的將Linux應(yīng)用移植到eCos。 eCos 的核心具備一般OS功能，如驅(qū)動和內(nèi)存管理、異常和中斷處理、線程的支持，還具備RTOS的特點，如可搶占、最小中斷延遲、線程同步等。eCos支持大量外設(shè)、通訊協(xié)議和中間件，比如以太網(wǎng)、USB、 IPv4/IPv6、SNMP、HTTP等。
eCos的專利受eCos 許可證所保護(hù)，這是一個GPL 許可證的修改版，其準(zhǔn)許開發(fā)者在其上開發(fā)的應(yīng)用程序（即eCos 以外自行撰寫的部分）可以不用跟著GPL 一起發(fā)布。應(yīng)用程序開發(fā)者可免費(fèi)的取得其完整的源碼，并針對其作任意的修改與在其上開發(fā)自己的應(yīng)用程序并發(fā)布，唯一的限制只是若有修改到eCos 本身，其需將修改的源碼回報給eCos 開發(fā)小組。當(dāng)開發(fā)者將其當(dāng)為產(chǎn)品時，也不需支付版稅。
許多公司都在使用eCos，并先后成功推出了使用eCos的嵌入式產(chǎn)品，比如
Brother網(wǎng)絡(luò)彩色激光打印機(jī)、DelphiCommuiport車載信息處理系統(tǒng)、IomegaHipZip數(shù)字音頻播放器、Ikendi指紋識別系統(tǒng)、3Glab移動電話、GPS衛(wèi)星地面設(shè)備等?！?、4』
Android
Android是谷歌公司開發(fā)的針對高端智能手機(jī)的一個操作系統(tǒng)（OS），其實Android不僅僅是一個OS，也是一個軟件平臺，可以應(yīng)用在更加廣泛的設(shè)備中。在實際應(yīng)用中，Android是一個在Linux上的應(yīng)用架構(gòu)，優(yōu)勢是能夠幫助開發(fā)者快速地布置應(yīng)用軟件。Android成功的關(guān)鍵是它的授權(quán)方式，它是一個開源軟件，主要的源代碼的授權(quán)方式是Apache，該授權(quán)允許使用者在Android源代碼上增加自己的知識產(chǎn)權(quán)，而不一定要公開源代碼。
直到今天，Android 的開發(fā)主要還是集中在移動終端上，這是谷歌的主要目標(biāo)市場，相關(guān)軟件IP和開發(fā)工具也都是針對這個市場設(shè)計和配置的，在這個市場上Android已經(jīng)成為智能手機(jī)市場占有率最大的OS。在其他的市場上Android也的潛力巨大，一般來說，任何有復(fù)雜的軟件需求的地方，一個封裝好的有連接和用戶界面的設(shè)備，比如車載信息系統(tǒng)（IVT），智能電視，Android 都會有用武之地。消費(fèi)電子，通信，汽車電子，醫(yī)療儀器和智能家居應(yīng)用都是Android 潛在的應(yīng)用目標(biāo)，但是Android 要從移動終端應(yīng)用真正的走出來，確實很有挑戰(zhàn)『5』，目前我們看到的是在平板電腦和智能電視上Android 有不錯的表現(xiàn)，基于Android 照相機(jī)、智能手表和電視盒已經(jīng)出現(xiàn)，更多的應(yīng)用也在開發(fā)之中。 見圖2 。
圖2：各種基于Android 非手機(jī)的產(chǎn)品
結(jié)語
除了上面介紹的Linux、Montavista、eCos、Android這些開源OS已經(jīng)在嵌入式系統(tǒng)中大量使用外，還有在軍事工業(yè)和航空航天上應(yīng)用的RTEM『6』，來自日本基于ITRON技術(shù)規(guī)范的Toppers，二者都基于GPL 許可證。Toppers還要求如果應(yīng)用已經(jīng)嵌入到設(shè)備里，需要報告給Toppers協(xié)會『7』。此外現(xiàn)在可以看到的商業(yè)嵌入式Linux 還有Windriver Linux、Enea Linux等產(chǎn)品。開源嵌入式OS有一些開源社區(qū)和組織，他們對于開源軟件在嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用起到重要的作用， 目前比較活躍的有Linaro，它是由ARM、飛思卡爾、三星等公司合資成立的，致力于為ARM架構(gòu)開發(fā)開源軟件的非盈利性組織『8』。GENIVI聯(lián)盟已經(jīng)在全球擁有170家成員，它通過提出一個基于開源 Linux平臺，希望改變車載信息娛樂軟件的開發(fā)和使用方式『9、10』。關(guān)于GENIVI我們在后面有關(guān)汽車電子的嵌入式OS文章中還會談到。
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