《嵌入式操作系統(tǒng)史話》之六：開源的嵌入式OS

在討論開源的嵌入式操作系統(tǒng)（簡稱嵌入式OS）之前，我們先把開源軟件搞清楚?！伴_源軟件”目前并沒有明確定義，也沒有標準許可證。許多公司采用開放源代碼一詞，大概有這樣兩種情況。第一，開源軟件的許可條款是一個組合條款，并不都是GPL。比如Android里面就有多種許可證（GPL、Apache和BSD）[1]。我們知道Linux 內(nèi)核是采用GPL，用戶任何修改必須開源給社區(qū)。Android 的許可可以讓用戶為自己的應(yīng)用制作專用軟件（遵循Apache和BSD許可）。第二，一些商業(yè)軟件稱自己是開源軟件，其實它們只是開放源代碼給用戶或者大眾，讓大家免費評估和試用，如果你真正的使用在商業(yè)項目了，需要技術(shù)服務(wù)了，那對不起，他們要收費了。這樣的開源軟件不屬于我們本篇討論的范圍。

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。許多人認為Linux可以獲得在嵌入式市場上的認可，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，不收取運行時許可使用費也是開發(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提供廣泛的功能強大的操作系統(tǒng)功能，包括內(nèi)存保護、進程和線程，以及豐富的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，Linux與POSIX標準兼容，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?。┒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，數(shù)字電視機和機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，但是畢竟遠離硅谷又不熟悉嵌入式軟件運作模式，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，這是一個GPL 許可證的修改版，其準許開發(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、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。[3、4]

Android
Android是谷歌公司開發(fā)的針對高端智能手機的一個操作系統(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，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、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 。
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圖2：各種基于Android 非手機的產(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。

參考資料：
[1]何小慶，Linux和Android：哪個是你下一個設(shè)計的正確選擇？http://m.wlkxw.cn/allenhe/blog/13-03/292378_84176.html
[2] https://www.mvista.com/
[3] https://www.rtems.net/Documnet/eCosIntro.htm? eCos 簡介
[4]Anthony Massa 著 顏若麟等譯《嵌入式可配置實時操作系統(tǒng)eCos軟件開發(fā)》北京航空航天大學(xué)出版社。
[5]Colin Wall 著 何小慶等譯《嵌入式軟件開發(fā)精解》機械工業(yè)出版社
[6]https://www.rtems.org/
[7]https://www.toppers.jp/cn/index.html
[8] https://www.linaro.org/
[9] https://www.genivi.org/
[10] 明導(dǎo)：GENIVI聯(lián)盟保持開源車載信息娛樂開發(fā)的領(lǐng)導(dǎo)地位https://www.prnasia.com/story/archive/prna_086_1306316_1

與非網(wǎng)原創(chuàng)內(nèi)容，未經(jīng)許可，不得轉(zhuǎn)載

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系列之一：何為嵌入式操作系統(tǒng)？

摘要：對嵌入式操作系統(tǒng)的定義，國內(nèi)外專家學(xué)者和企業(yè)界人士的理解都不盡相同，具有代表性的意見有兩種；一種是說嵌入式系統(tǒng)就是嵌入式的計算機系統(tǒng)，另外一種認為嵌入式系統(tǒng)是一種機電結(jié)合、軟硬結(jié)合執(zhí)行某種特殊功能的系統(tǒng)……

系列之二：嵌入式OS的“摩托”系

摘要：摩托羅拉自1974年發(fā)布第一款MC6800 --8位微處理器到1979發(fā)布的MC68000（簡稱68K）-16/32位CPU之后，其芯片因為即可以使用在計算機系統(tǒng)中，也可以使用在嵌入式系統(tǒng)，很快成為當(dāng)時行業(yè)的標準。最早開發(fā)嵌入式OS的公司，許多都是借助摩托羅拉的市場起家的……

系列之三：VRTX--商業(yè)嵌入式OS的開拓者

摘要：除了上一篇提到的OS-9以外，最早出現(xiàn)的嵌入式操作系統(tǒng)（簡稱為嵌入式OS）當(dāng)屬VRTX，因其在技術(shù)上創(chuàng)新性，得到用戶和嵌入式系統(tǒng)公司的廣泛支持，VRTX可稱為商業(yè)嵌入式OS的開拓和領(lǐng)導(dǎo)者……

系列之七：風(fēng)河-嵌入式OS的常青樹

摘要：過去30年間，風(fēng)河和VxWorks在嵌入式OS領(lǐng)域一直處在領(lǐng)先地位，在航空航天、通信、工業(yè)控制等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，在業(yè)內(nèi)被稱為嵌入式OS的常青樹……

系列之八：手機中的嵌入式OS

摘要：手機屬于嵌入式設(shè)備，手機軟件平臺使用的操作系統(tǒng)屬于嵌入式OS的范疇。傳統(tǒng)的功能手機（Feature Phone）使用了實時多任務(wù)操作系統(tǒng)（RTOS）為基礎(chǔ)的手機軟件平臺。入門級的智能手機采用了半開放的嵌入式OS（比如Symbian），而今天高端的智能手機多采用Android和IOS這樣的通用型的OS……

系列之九：手機中的嵌入式OS（二）

摘要：為你介紹那些開源的操作系統(tǒng)，Android以及它的競爭對手們的整個OS產(chǎn)業(yè)生態(tài)……