嵌入式實時操作系統(tǒng)的現(xiàn)狀和未來

　　內(nèi)容摘要：從RTOS（嵌入式實時操作系統(tǒng)）發(fā)展的歷史、RTOS市場和技術(shù)發(fā)展的變化、RTOS的未來及RTOS在中國幾個方面，給出RTOS的現(xiàn)狀、未來發(fā)展方向及RTOS的應(yīng)用領(lǐng)域：系統(tǒng)級、板級、SOC級。 

　　隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的迅速發(fā)展，嵌入式微處理器的應(yīng)用日益廣泛，無處不在，從波音飛機到移動電話，都有嵌入式微處理器的存在。在嵌入式微處理器的應(yīng)用開發(fā)中，嵌入式實時操作系統(tǒng)（簡稱RTOS）是核心軟件，就像我們?nèi)粘Ｋ糜嬎銠C的桌面系統(tǒng)中，微軟公司的Windows 98一樣重要。RTOS 已經(jīng)在全球形成了1個產(chǎn)業(yè)，據(jù)美國EMF(電子市場分析)報告，1999年全球RTOS市場產(chǎn)值達3.6億美圓，而相關(guān)的整個嵌入式開發(fā)工具（包括仿真器、邏輯分析儀、軟件編譯器和調(diào)試器）則高達9億美圓。 

　　一、 RTOS發(fā)展歷史 
　　
　　從1981年Ready System發(fā)展了世界上第1個商業(yè)嵌入式實時內(nèi)核（VRTX32），到今天已經(jīng)有近20年的歷史。20世紀80年代的產(chǎn)品還只支持一些16位的微處理器，如68k,8086等。這時候的RTOS還只有內(nèi)核，以銷售二進制代碼為主。當時的產(chǎn)品除VRTX外，還有IPI公司的MTOS和80年代末ISI公司的PSOS。產(chǎn)品主要用于軍事和電信設(shè)備。進入20世紀90年代，現(xiàn)代操作系統(tǒng)的設(shè)計思想，如微內(nèi)核設(shè)計技術(shù)和模塊化設(shè)計思想，開始滲入RTOS領(lǐng)域。老牌的RTOS廠家如Ready System（在1995年與Microtec Research合并），也推出新一代的 VRTXsa實時內(nèi)核，新一代的RTOS廠家Windriver推出了Vxwork。另外在這個時期，各家公司都有力求擺脫完全依賴第三方工具的制約，而通過自己收購、授權(quán)或使用免費工具鏈的方式，組成1套完整的開發(fā)環(huán)境。例如，ISI公司的Prismt、著名的Tornado(Windriver)和老牌的Spectra(VRTX開發(fā)系統(tǒng))等。 
　　
　　進入20世紀90年代中期，互聯(lián)網(wǎng)之風(fēng)在北美日漸風(fēng)行。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商、終端產(chǎn)品制造商都要求RTOS有網(wǎng)絡(luò)和圖形界面的功能。為了方便使用大量現(xiàn)存的軟件代碼，他們希望RTOS廠家都支持標準的API，如POSIX， Win32等，并希望RTOS的開發(fā)環(huán)境與他們已經(jīng)熟悉的UNIX，Windows一致。這個時期代表性的產(chǎn)品有Vxwork，QNX, Lynx和WinCE等。 

　　二、 RTOS市場和技術(shù)發(fā)展的變化 
　　
　　可以看出，進入20世紀90年代后，RTOS在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中的主導(dǎo)地位已經(jīng)確定，越來越多的工程師使用RTOS，更多的新用戶愿意選擇購買而不是自己開發(fā)。我們注意到，RTOS的技術(shù)發(fā)展有以下一些變化：
　　
　　1． 因為新的處理器越來越多，RTOS自身結(jié)構(gòu)的設(shè)計更易于移植，以便在短時間內(nèi)支持更多種微處理器。 

　　2．開放源碼之風(fēng)已波及RTOS廠家。數(shù)量相當多的RTOS廠家出售RTOS時，就附加了源程序代碼并含生產(chǎn)版稅。 

　　3． 后PC時代更多的產(chǎn)品使用RTOS，它們對實時性要求并不高，如手持設(shè)備等。微軟公司的WinCE,Plam OS, Java OS等ＲＴＯＳ產(chǎn)品就是順應(yīng)這些應(yīng)用而開發(fā)出來的。 

　　4． 電信設(shè)備、控制系統(tǒng)要求的高可靠性，對ＲＴＯＳ提出了新的要求。瑞典Enea公司的ＯＳＥ和WindRiver 新推出的Vxwork ＡＥ對支持ＨＡ（高可用性）和熱切換等特點都下了一番功夫。 

　　5． Windriver收購了ＩＳＩ，在RTOS市場形成了相當程度的壟斷，但是由于Windriver決定放棄　PSOS，轉(zhuǎn)為開發(fā)Vxwork與PSOS合二為一版本，這便使得PSOS用戶再一次走到重新選擇RTOS的路口，給了其他RTOS廠家1次機會。 

　　6． 嵌入式Linux已經(jīng)在消費電子設(shè)備中得到應(yīng)用。韓國和日本的一些企業(yè)都推出了基于嵌入式Linux的手持設(shè)備。嵌入式Linux得到了相當廣泛的半導(dǎo)體廠商的支持和投資，如Intel和 Motorola。  
三、 RTOS的未來

　　未來RTOS的應(yīng)用可能劃分為3個不同的領(lǐng)域：
　　
　　1． 系統(tǒng)級：指RTOS運行在1個小型的計算機系統(tǒng)中完成實時的控制作用。這個領(lǐng)域?qū)⒅饕俏④浥cSun競爭之地，傳統(tǒng)上Unix在這里占有絕對優(yōu)勢。Sun通過收購，讓他的Solaris與 Chrous os（原歐洲的1種RTOS）結(jié)合，微軟力推NT的嵌入式版本"Embedded NT"。此外，嵌入式Linux將依托源程序碼開放和軟件資源豐富的優(yōu)勢，進入系統(tǒng)級RTOS的市場。

　　2． 板級：傳統(tǒng)的RTOS的主要市場。如Vxwork, PSOS, QNX, Lynx和VRTX的應(yīng)用將主要集中在航空航天、電話電訊等設(shè)備上。

　　3． SOC級（即片上系統(tǒng)）：新一代RTOS的領(lǐng)域：主要應(yīng)用在消費電子、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和手持設(shè)備等產(chǎn)品上。代表的產(chǎn)品有Symbian 的Epoc、ATI 的Nucleus, Express logic 的Threadx。老牌的RTOS廠家的產(chǎn)品VRTX和Vxwork 也很注意這個市場。
　　
　　從某種程度講，不會出現(xiàn)1個標準的RTOS（像微軟的Windows在桌面系統(tǒng)中的地位一樣），因為嵌入式應(yīng)用本身就極具多樣性。在某個時間段以及某種行業(yè)，會出現(xiàn)1種絕對領(lǐng)導(dǎo)地位的RTOS，比如今天在寬帶的數(shù)據(jù)通信設(shè)備中的Vxwork和在亞洲手持設(shè)備市場上的WinCE就是一例子。但是，這種壟斷地位也并不是牢不可破的，因為在某種程度上用戶和合作伙伴更愿意去培養(yǎng)1個新的競爭對手。比如，Intel投資的Montivista和Motorola投資的Lineo，這兩家嵌入式Linux系統(tǒng)，就是說明半導(dǎo)體廠商更愿意看到1個經(jīng)濟適用的、開放的RTOS環(huán)境。

　　四、 RTOS在中國
　　
　　中國將是世界上最大的RTOS市場之一。因為中國有著世界上最大的電信市場。據(jù)信息產(chǎn)業(yè)部預(yù)計，在未來2~3年內(nèi)，中國將是世界上最大的手機市場（每1部手機都在運行1個RTOS）。

　　這樣龐大的電信市場就會孕育著大量的電信設(shè)備制造商，這就造就了大量的RTOS和開發(fā)工具市場機會。目前，中國的絕大多數(shù)設(shè)備制造商在采用RTOS時，首先考慮的還是國外產(chǎn)品。

　　目前，在中國市場上流行的RTOS主要有Vxwork, PSOS, VRTX, Nucleus，QNX和WinCE等。由于多數(shù)RTOS是嵌入在設(shè)備的控制器上，所以多數(shù)用戶并不愿意冒風(fēng)險嘗試1種新的RTOS。
　　
　　但是我們同時也注意到，目前 RTOS在中國市場的銷售額還很小，這主要是2個原因：
　　
　　1．中國設(shè)備制造商的規(guī)模普遍還無法與國外公司相比，開發(fā)和人員費用相對還較高，所以RTOS對于中國用戶來講是比較貴的。

　　2．多數(shù)國內(nèi)用戶還沒有開始購買RTOS的版稅，其主要原因有：產(chǎn)品未能按計劃批量生產(chǎn)，沒有交版稅的意識。應(yīng)該注意，大多數(shù)二進制的RTOS必須在產(chǎn)品量產(chǎn)時交版稅，或者按數(shù)量買或者與廠家討論一次性買斷，而由廠家直接發(fā)給你授權(quán)協(xié)議書。據(jù)國外某家RTOS廠家稱，他們年收入的30%來自版稅。
　　
　　在過去的幾年中，國家研究機構(gòu)和企業(yè)，已經(jīng)在開發(fā)自有知識產(chǎn)權(quán)的RTOS或在開放源碼的Linux基礎(chǔ)上發(fā)展自己的嵌人式Linux版本。國產(chǎn)RTOS的市場主要集中在消費電子方面，因為這里有許多國外RTOS不能適應(yīng)的部分，如中文處理。目前主要產(chǎn)品有：中科院系統(tǒng)的 "女媧"，英文 是"Hopen"；北京科銀京成(原電子科大)的δ OS（原名是CRTOS）;中科院紅旗Linux；深圳藍點Linux。可以肯定地講，目前這些RTOS市場占有率還很低，多數(shù)公司還是依靠政策支持、國內(nèi)投資、海外上市等支持公司龐大的開發(fā)投入，真正的市場回報還只是杯水車薪。如何長期良性循環(huán)發(fā)展下去將是1個重要的題目。對于這些廠家而言，如果深入到某種特定的應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)，如機頂盒，那將可能會等到一兩家用戶的支持，而同時將會失去更多的用戶。因為用戶之間有很強烈的競爭性，他們并不想讓供應(yīng)商參與他們的產(chǎn)品開發(fā)的全過程。
　　
　　如何開發(fā)出1種通用的RTOS，使得用戶易于使用，方便地裁剪到某系統(tǒng)中去，國外商用RTOS已經(jīng)很好地解決了這個問題。中國人設(shè)計的RTOS應(yīng)更多地適于中國的國情，除了中文處理，中國有著廣泛的單片機的應(yīng)用基礎(chǔ)。開發(fā)設(shè)計1種簡單、易用的RTOS開發(fā)環(huán)境，以中國人可以接受的價格和更為務(wù)實的技術(shù)支持手段推出，也許可以找到1種正常的市場回報途徑。

　　RTOS產(chǎn)業(yè)是1個循序漸進的產(chǎn)業(yè)，任何急功近利的做法都將導(dǎo)致功虧一簣。用戶熟悉1種RTOS需要1個相當?shù)倪^程和廠家的支持，同時用戶也不愿意輕易放棄1種RTOS。我們相信中國人自己開發(fā)設(shè)計的RTOS一定會得到國人的認可，有著無限光明的前途。 

 
linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）