下一代消費(fèi)設(shè)備看好嵌入式Linux

在進(jìn)入市場(chǎng)的頭兩年中，嵌入式Linux設(shè)計(jì)通過(guò)廣泛應(yīng)用獲得了巨大的成功。隨著嵌入式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(fèi)類(lèi)設(shè)備的開(kāi)發(fā)者們的想象力。

初期CE市場(chǎng)階段和趨勢(shì)
初期的高級(jí)消費(fèi)電子(CE)產(chǎn)品的市場(chǎng)階段是無(wú)線(xiàn)電話(huà)、手持設(shè)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(shè)備和汽車(chē)通信設(shè)備。由于廠(chǎng)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(lèi)都處在快速的變化過(guò)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(lèi)的無(wú)線(xiàn)個(gè)人數(shù)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(shè)備首先設(shè)計(jì)成以通信為中心的數(shù)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(guī)范和設(shè)計(jì)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(shù)據(jù)。
第二，電話(huà)的建設(shè)和行銷(xiāo)的經(jīng)濟(jì)方式相對(duì)PDA是截然不同的，而兩種設(shè)備類(lèi)型都面臨極大的利潤(rùn)壓力和不斷降低價(jià)格的目標(biāo)。
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(shù)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(qū)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(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(zhuān)用媒體集線(xiàn)器。
寬帶在全世界范圍內(nèi)的爆炸性增長(zhǎng)，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(chǔ)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(yīng)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(nèi)。
Linux在消費(fèi)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(qū)域的先進(jìn)導(dǎo)航、數(shù)據(jù)、娛樂(lè)和通信系統(tǒng)。

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(yīng)用(見(jiàn)表1)。

CE需求和解決方案的關(guān)鍵
當(dāng)CE應(yīng)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(yīng)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(jī)器所組成，但是隱藏其后的大量嵌入式計(jì)算則是在處理器和專(zhuān)有的系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)中占有較大份額的，占優(yōu)勢(shì)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(huì)快速投入手持設(shè)備和車(chē)載設(shè)備方面的開(kāi)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(jì)
PC主板和CE設(shè)備系統(tǒng)板，嚴(yán)格來(lái)說(shuō), 屬于商品。PC主板是被設(shè)計(jì)成更廣范圍硬件和軟件的支持, 極大多數(shù)的CE設(shè)計(jì)只需要做好一項(xiàng)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，仍然著重把幾十種的熟悉部件集成到一個(gè)PC-AT平臺(tái)上。嵌入式開(kāi)發(fā)者被比喻是面對(duì)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,他們通常拿著選好的處理器和市場(chǎng)上提供的參考板開(kāi)始他們的項(xiàng)目， 他們采用的硬件通常有一類(lèi)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(pán)并且只需有限的內(nèi)存來(lái)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(pán)時(shí)，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(chǔ)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(nèi)存容量依然非常保守。
傳統(tǒng)的嵌入式操作系統(tǒng)(實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和Windows CE)通常提供可裁剪的配置，即將整個(gè)接口或目標(biāo)類(lèi)別，如消息隊(duì)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(yīng)用編程序接口/模塊/驅(qū)動(dòng)程序/軟件庫(kù)，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(gè)值是系統(tǒng)對(duì)內(nèi)存或ROM的需求，第二個(gè)值是Linux、中間件和指定應(yīng)用對(duì)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(mǎn)足固定運(yùn)算值和固定寬度指令以及大量數(shù)據(jù)隊(duì)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(huì)更高。
與傳統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)比較，因?yàn)榇a和數(shù)據(jù)實(shí)際配置在RAM/ROM中，嵌入式Linux文件系統(tǒng)比實(shí)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(dòng)態(tài)庫(kù)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(jì)——不僅從ROM中引導(dǎo)代碼，而且實(shí)際在那里執(zhí)行代碼。當(dāng)許多用戶(hù)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(xiě)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(xiě)周期內(nèi)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(yīng)商則提供專(zhuān)用閃存文件系統(tǒng)支持XIP和讀/寫(xiě)(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(duì)最終用戶(hù)提供真正消費(fèi)級(jí)經(jīng)驗(yàn)。錯(cuò)誤信息、藍(lán)屏、重新引導(dǎo)、數(shù)據(jù)遺失和恢復(fù)時(shí)間，可導(dǎo)致昂貴的產(chǎn)品返修費(fèi)用及產(chǎn)品線(xiàn)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(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(fèi)電子芯片，片內(nèi)具有先進(jìn)的電源管理特性設(shè)計(jì)，例如CPU頻率和電壓的動(dòng)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(hù)與設(shè)備的人機(jī)對(duì)話(huà)。
傳統(tǒng)桌面系統(tǒng)Linux的電源管理繼承了APM(高級(jí)電源管理)功能?，F(xiàn)在也支持ACPI(高級(jí)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(tái)，并且至今還沒(méi)有移植到?jīng)]有BIOS的CE平臺(tái)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(shí)候，我們期待著這些項(xiàng)目和產(chǎn)品的發(fā)布。
●  快速引導(dǎo)/立即開(kāi)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(kāi)機(jī)的需求源于消費(fèi)者的感受和經(jīng)驗(yàn)，而另外一些則來(lái)自政府和運(yùn)營(yíng)商的要求，對(duì)緊急的服務(wù)無(wú)線(xiàn)電話(huà)必須迅速開(kāi)機(jī)。
嵌入式Linux內(nèi)核實(shí)際上非常快速地執(zhí)行引導(dǎo)程序，采用200MHz ARM的設(shè)備能在小于200ms的時(shí)間內(nèi)引導(dǎo)程序。而桌面Linux，啟動(dòng)后臺(tái)服務(wù)、裝載文件系統(tǒng)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(shù)據(jù)和基礎(chǔ)安全方面有很重要的作用，消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品在操作系統(tǒng)上的安全計(jì)算也有其特殊的要求。 這些要求表現(xiàn)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(nèi)容保護(hù)。

開(kāi)放源碼和CE市場(chǎng)
正確認(rèn)識(shí)到CE市場(chǎng)現(xiàn)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(shè)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?yàn)轱@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(fèi)用，完全免費(fèi)的Linux內(nèi)核是一個(gè)很好的開(kāi)始。他們也想利用豐富的驅(qū)動(dòng)軟件、中間件和應(yīng)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(yīng)商。
我們和其他一些公司已經(jīng)準(zhǔn)備制訂相當(dāng)簡(jiǎn)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(méi)有違反我們的開(kāi)放源碼原則和團(tuán)體的目標(biāo)。

消費(fèi)電子中Linux的未來(lái)
在全球有幾百種基于Linux的消費(fèi)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(fèi)電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)到Linux，而在美國(guó)、歐洲和日本以外的亞太也有為數(shù)不少的項(xiàng)目。越來(lái)越多的公司正在采用Linux作為他們高級(jí)消費(fèi)電子產(chǎn)品的戰(zhàn)略平臺(tái)。
Linux消費(fèi)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(fèi)電子中Linux的優(yōu)勢(shì)會(huì)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(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)市場(chǎng)的地位。在這種情況下，這個(gè)趨勢(shì)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(chǎng)?！?
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