嵌入式LINUX：通信設備中的主流嵌入式操作系統(tǒng)

技術和軟件設計方法的演變促進了嵌入式Linux應用
嵌入式Linux在嵌入式系統(tǒng)使用的制約因素之一是，資源占用比一般的RTOS要大，即需要更強大的CPU和占用更多的內(nèi)存。但按照Moore定律，CPU的集成度每18個月就會翻一倍，目前在市場上，10美元可以買到32位嵌入式CPU (100MHz主頻左右)。另外，從內(nèi)存來看，市場上的SDRAM和Flash從早期512k到目前，基本上都是大于2M的器件，從市場上國內(nèi)外通信設備看(除部分信息家電產(chǎn)品)，很少有小于4M甚至8M內(nèi)存的系統(tǒng)，那么傳統(tǒng)的50K RTOS的內(nèi)核有什么必要？
嵌入式軟件設計方法已經(jīng)從70年代一個主循環(huán)程序加上若干個ISR(中斷處理程序)，80、90年代是RTOS內(nèi)核，ISR和若干個任務(線程)到今天嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)包含完整操作系統(tǒng)(內(nèi)核、設備驅(qū)動、TCP/IP網(wǎng)絡、文件系統(tǒng)、圖形)、軟件中間件(如各種標準通訊協(xié)議、嵌入式數(shù)據(jù)庫)、Java和應用軟件。軟件的工作量和投入的人力資源及成本均遠遠大于硬件，并已成為通信設備的主要增值部分。硬件技術和工藝的發(fā)展為嵌入式系統(tǒng)設計方法演變?yōu)榍度胧絃inux在通信設備中的應用奠定了基礎。

為什么要使用LINUX？
自1989年芬蘭赫爾辛基大學學生Linus Torvald發(fā)布了一個新的Unix變種—Linux到今天，各種Linux系統(tǒng)已經(jīng)成功應用于服務器、嵌入式系統(tǒng)和桌面系統(tǒng)，因為可以獲得源代碼，應用程序的調(diào)試和維護變得容易，通過開放源碼社區(qū)，工程師可以得到最前沿的技術和應用，這將大大加快產(chǎn)品開發(fā)周期。Linux遵守GDL(通用公共許可)，沒有版稅，也沒有項目和人數(shù)限制(而傳統(tǒng)RTOS或私有軟件都有項目、人數(shù)、產(chǎn)品系列型號限制或收費上的不同)。使用Linux將大大降低產(chǎn)品研發(fā)和最終產(chǎn)品成本，特別在2001年全球經(jīng)濟走軟(通信制造業(yè)尤為受到重創(chuàng))的情況下，Linux就更受到普遍的歡迎。
Linux 的代碼質(zhì)量和產(chǎn)品維護是目前許多人介意或傳統(tǒng)的RTOS供應商所攻擊的話題之一。我們知道，Linux不是由某家公司私自擁有，在遼闊的開放源碼的世界和Linux社區(qū)中，有數(shù)萬名自由軟件愛好者和黑客，數(shù)百家Linux發(fā)行版的公司和Linux服務咨詢公司在為一個共同的軟件和開放的標準工作。從另外一個角度，大型的硬件制造商如IBM投資十億美元用于Linux開發(fā)，以保證它的服務器和應用軟件支持Linux 操作系統(tǒng)，其他硬件廠家如惠普也表示出對Linux極大的信心。半導體制造商Intel 除了投資Linux公司(如Montavista)外，還親自操刀加入TLT電信Linux技術的標準制定和實現(xiàn)。Intel x86CPU和StrongARM/ Xscale嵌入式CPU都全面支持Linux，IBM和Motorola的半導體部也有同樣舉措。這樣就形成了一個巨大群體：即半導體、單板機、系統(tǒng)、軟件中間件廠商以及Linux社區(qū)，Linux發(fā)行版公司和Linux服務商都在支持Linux(包含嵌入式Linux)的發(fā)展、維護。已經(jīng)成功開發(fā)了數(shù)萬種以上的各種應用，其結(jié)果遠遠超過由數(shù)十名工程師開發(fā)、維護，經(jīng)過十余年發(fā)展才有幾百種應用的專用RTOS，相比較，Linux和嵌入式Linux是完全可以信賴的。此外Linux高性能的TCP/IP和網(wǎng)絡安全性、穩(wěn)定性，已經(jīng)在業(yè)界得到廣泛的認可。這對通信設備制造商選擇Linux是一種極大的鼓勵。在市場上我們看到，嵌入式Linux經(jīng)過過去3-5年的發(fā)展并借助Linux10余年的成功經(jīng)驗，已經(jīng)在各種通信產(chǎn)品中獲得廣泛應用。從各種互聯(lián)網(wǎng)相關的信息家電到通信基礎設備，嵌入式Linux應用隨處可見。

嵌入式Linux迎合新一代通信設備的發(fā)展需要
“我們正處在前所未有的通信網(wǎng)絡變化的黎明，這種變化遠遠比25年前模擬網(wǎng)絡轉(zhuǎn)變到數(shù)字通信網(wǎng)絡的變化大得多。這種變化用一句話說就是‘集中：未來的通信網(wǎng)絡將集中所有通信和分布式計算?！@里面包含了通信的各個層面：語音、圖像、數(shù)據(jù)、控制和網(wǎng)絡管理。”
未來的通信網(wǎng)絡將由三個層面組成：
?互通層：這里包含了路由器、交換機、接入服務器和網(wǎng)關。
?控制層：這里包含了軟交換、7號信令系統(tǒng)、PBX等網(wǎng)絡設備。
?應用層；這里包含了Web、數(shù)據(jù)庫、計費和網(wǎng)絡管理。
嵌入式Linux與傳統(tǒng)的RTOS(過去較多的應用在互通層設備)和大型的Unix或Sun Soloris系統(tǒng) (較多在應用層服務器)在這三個層面展開了競爭，目前Linux已經(jīng)有了相當多的成功應用。
我們知道Linux源于Unix，而后者與TCP/IP有不解之緣。Netcrate調(diào)查顯示，基于Linux的Apache Web服務器占56.81%份額。嵌入式Linux在網(wǎng)絡方面的優(yōu)勢表現(xiàn)在以下三個方面：
?Linux內(nèi)核本身就包含豐富的網(wǎng)絡協(xié)議和TCP/IP(IPv4和IPv6)協(xié)議，如DNS、Http(Apaucle，goahead等)和網(wǎng)絡管理的SNMP(V1/2/3)等。
?有為數(shù)眾多的開放源碼網(wǎng)絡項目。如Linux ATM， Linux ISDN， 802.1Q(VlAN)，LDAP， MDLS， Linux Firewall， Linux Router， VPN， IPsec Open SSL， CORBR / DCCOM， 802.11b，Bluetooth， IPv6， OSPF/BGP等。
?Linux TCP/IP效率遠遠高于傳統(tǒng)的RTOS。
據(jù)法國Interface concepts的測試，他們在使用Montavista Linux時發(fā)現(xiàn)，TCP/IP的吞吐率比以前的VRTX和PSOS快5-10倍。
隨著嵌入式Linux在通信設備的廣泛應用，眾多第三方的應用軟件也已經(jīng)支持Linux，其中有Netplane(MPLS、Iprouting和ATM)，Trilium (SS7、VOIP)，LVL7(L2/L3交換和路由協(xié)議)，Solid(嵌入式數(shù)據(jù)庫)等。
而象Ipinfusion和Nexthop等是靠維護、支持Zebra SPF/BGP和Ggate路由協(xié)議而生存的。它們更像是Linux系統(tǒng)咨詢服務商。
新一代通信設備離不開高效的網(wǎng)絡處理器，目前嵌入式Linux(如Montavista)已經(jīng)支持了Intel Ixp1200、425、80310，Motorola 8xx/82xx Galileo，MMU，IBM405NP。Broadcom和IDT等公司的網(wǎng)絡處理器，嵌入Linux主要是在控制平面處理路由和網(wǎng)管，而網(wǎng)絡處理器主要處理L2數(shù)據(jù)流。

Montavista 嵌入式Linux
當工程師決定了在一個新的項目中采用嵌入式Linux以后，會面臨這樣一個問題：是自己做還是選擇一家嵌入式Linux發(fā)行版公司或嵌入式Linux服務商。原則上講，可以從網(wǎng)上獲得全部的Linux資源，但是要花費相當多的時間使它們集成在一起并協(xié)調(diào)工作。這決非用幾天或幾周可以完成的工作，而且需要相當多的專業(yè)計算和操作系統(tǒng)的知識，而如果使用嵌入式Linux發(fā)行版公司，可以使你專注在核心業(yè)務。一般情況下，嵌入式Linux供應商都會承諾一年或更長時間的升級服務，這使得設計人員的Linux可以跟上不斷發(fā)展變化的Linux 技術。而且嵌入式Linux供應商都在自己的發(fā)行版或?qū)I(yè)服務中增加某些關鍵技術：Montavista在自己的Montavista Linux中增加了可搶占內(nèi)核和實時調(diào)度器，以提高實時響應。
另外，在整個產(chǎn)品開發(fā)過程中，嵌入式Linux供應商可以提供目標環(huán)境的支持，如Power PC移植(一般Linux應用是在X86平臺上)、免費的技術培訓、咨詢和新版本的升級，有些公司還可以有VIP的服務，如現(xiàn)場支持、專家的熱線服務和快速修補軟件錯誤。
Montavista 是目前國際上最著名的嵌入式Linux發(fā)行版和服務供應商。Montavista產(chǎn)品名稱是Montavista Linux (原HardHad Linux)，支持x86、ppc、ARM、xstrong ARM/Xscale、Mip、SH6大CPU系列有共近80余種單板的LSP設備驅(qū)動程序(相當于BSP)，它目前有以下幾個產(chǎn)品：Montavista Linux專業(yè)版2.1，Montavista Carrier Grade版本2.1，Java模塊，Montavista圖形模塊，QT/Embedded圖形等。Montavista Linux2.1基于2.4.17內(nèi)核，增加可搶占內(nèi)核，實時調(diào)度器，最新的GNU工具鏈，目標配置和庫優(yōu)化器，KDE集成開發(fā)環(huán)境，802.11b協(xié)議，日志文件系統(tǒng)和小腳印的Web服務器：Thttpd.。
Montavista、Intel、Nokia、Alcatel、Cisco 等公司參加的OSDL論壇，是指導Carrier Grade Linux開發(fā)并推動未來一代通信系統(tǒng)的組織。Carriex Grage Linux構造在Linux開放的體系結(jié)構上，并遵守高可靠性的電信級需求。第一個商業(yè)產(chǎn)品Montavista Carrier Grad Linux2.1版本已經(jīng)正式發(fā)表。
自1997年成立以來，Montavista Linux已經(jīng)成功地開發(fā)出400多種應用，典型的通信產(chǎn)品有：Nokia Flexi Server (移動控制功能模塊的管理和信令平臺)，3com 的Kerbungo Internet收音機，Cyclades 的接入服務器，Interface Concept的以太網(wǎng)交換機和ITT宇航通訊部的無線收發(fā)機等?！?轉(zhuǎn)載自《通訊世界》)