嵌入式LINUX：通信设备中的主流嵌入式操作系统

技术和软件设计方法的演变促进了嵌入式Linux应用
嵌入式Linux在嵌入式系统使用的制约因素之一是，资源占用比一般的RTOS要大，即需要更强大的CPU和占用更多的内存。但按照Moore定律，CPU的集成度每18个月就会翻一倍，目前在市场上，10美元可以买到32位嵌入式CPU (100MHz主频左右)。另外，从内存来看，市场上的SDRAM和Flash从早期512k到目前，基本上都是大于2M的器件，从市场上国内外通信设备看(除部分信息家电产品)，很少有小于4M甚至8M内存的系统，那么传统的50K RTOS的内核有什么必要？
嵌入式软件设计方法已经从70年代一个主循环程序加上若干个ISR(中断处理程序)，80、90年代是RTOS内核，ISR和若干个任务(线程)到今天嵌入式系统已经包含完整操作系统(内核、设备驱动、TCP/IP网络、文件系统、图形)、软件中间件(如各种标准通讯协议、嵌入式数据库)、Java和应用软件。软件的工作量和投入的人力资源及成本均远远大于硬件，并已成为通信设备的主要增值部分。硬件技术和工艺的发展为嵌入式系统设计方法演变为嵌入式Linux在通信设备中的应用奠定了基础。

为什么要使用LINUX？
自1989年芬兰赫尔辛基大学学生Linus Torvald发布了一个新的Unix变种—Linux到今天，各种Linux系统已经成功应用于服务器、嵌入式系统和桌面系统，因为可以获得源代码，应用程序的调试和维护变得容易，通过开放源码社区，工程师可以得到最前沿的技术和应用，这将大大加快产品开发周期。Linux遵守GDL(通用公共许可)，没有版税，也没有项目和人数限制(而传统RTOS或私有软件都有项目、人数、产品系列型号限制或收费上的不同)。使用Linux将大大降低产品研发和最终产品成本，特别在2001年全球经济走软(通信制造业尤为受到重创)的情况下，Linux就更受到普遍的欢迎。
Linux 的代码质量和产品维护是目前许多人介意或传统的RTOS供应商所攻击的话题之一。我们知道，Linux不是由某家公司私自拥有，在辽阔的开放源码的世界和Linux社区中，有数万名自由软件爱好者和黑客，数百家Linux发行版的公司和Linux服务咨询公司在为一个共同的软件和开放的标准工作。从另外一个角度，大型的硬件制造商如IBM投资十亿美元用于Linux开发，以保证它的服务器和应用软件支持Linux 操作系统，其他硬件厂家如惠普也表示出对Linux极大的信心。半导体制造商Intel 除了投资Linux公司(如Montavista)外，还亲自操刀加入TLT电信Linux技术的标准制定和实现。Intel x86CPU和StrongARM/ Xscale嵌入式CPU都全面支持Linux，IBM和Motorola的半导体部也有同样举措。这样就形成了一个巨大群体：即半导体、单板机、系统、软件中间件厂商以及Linux社区，Linux发行版公司和Linux服务商都在支持Linux(包含嵌入式Linux)的发展、维护。已经成功开发了数万种以上的各种应用，其结果远远超过由数十名工程师开发、维护，经过十余年发展才有几百种应用的专用RTOS，相比较，Linux和嵌入式Linux是完全可以信赖的。此外Linux高性能的TCP/IP和网络安全性、稳定性，已经在业界得到广泛的认可。这对通信设备制造商选择Linux是一种极大的鼓励。在市场上我们看到，嵌入式Linux经过过去3-5年的发展并借助Linux10余年的成功经验，已经在各种通信产品中获得广泛应用。从各种互联网相关的信息家电到通信基础设备，嵌入式Linux应用随处可见。

嵌入式Linux迎合新一代通信设备的发展需要
“我们正处在前所未有的通信网络变化的黎明，这种变化远远比25年前模拟网络转变到数字通信网络的变化大得多。这种变化用一句话说就是‘集中：未来的通信网络将集中所有通信和分布式计算。’这里面包含了通信的各个层面：语音、图像、数据、控制和网络管理。”
未来的通信网络将由三个层面组成：
?互通层：这里包含了路由器、交换机、接入服务器和网关。
?控制层：这里包含了软交换、7号信令系统、PBX等网络设备。
?应用层；这里包含了Web、数据库、计费和网络管理。
嵌入式Linux与传统的RTOS(过去较多的应用在互通层设备)和大型的Unix或Sun Soloris系统 (较多在应用层服务器)在这三个层面展开了竞争，目前Linux已经有了相当多的成功应用。
我们知道Linux源于Unix，而后者与TCP/IP有不解之缘。Netcrate调查显示，基于Linux的Apache Web服务器占56.81%份额。嵌入式Linux在网络方面的优势表现在以下三个方面：
?Linux内核本身就包含丰富的网络协议和TCP/IP(IPv4和IPv6)协议，如DNS、Http(Apaucle，goahead等)和网络管理的SNMP(V1/2/3)等。
?有为数众多的开放源码网络项目。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效率远远高于传统的RTOS。
据法国Interface concepts的测试，他们在使用Montavista Linux时发现，TCP/IP的吞吐率比以前的VRTX和PSOS快5-10倍。
随着嵌入式Linux在通信设备的广泛应用，众多第三方的应用软件也已经支持Linux，其中有Netplane(MPLS、Iprouting和ATM)，Trilium (SS7、VOIP)，LVL7(L2/L3交换和路由协议)，Solid(嵌入式数据库)等。
而象Ipinfusion和Nexthop等是靠维护、支持Zebra SPF/BGP和Ggate路由协议而生存的。它们更像是Linux系统咨询服务商。
新一代通信设备离不开高效的网络处理器，目前嵌入式Linux(如Montavista)已经支持了Intel Ixp1200、425、80310，Motorola 8xx/82xx Galileo，MMU，IBM405NP。Broadcom和IDT等公司的网络处理器，嵌入Linux主要是在控制平面处理路由和网管，而网络处理器主要处理L2数据流。

Montavista 嵌入式Linux
当工程师决定了在一个新的项目中采用嵌入式Linux以后，会面临这样一个问题：是自己做还是选择一家嵌入式Linux发行版公司或嵌入式Linux服务商。原则上讲，可以从网上获得全部的Linux资源，但是要花费相当多的时间使它们集成在一起并协调工作。这决非用几天或几周可以完成的工作，而且需要相当多的专业计算和操作系统的知识，而如果使用嵌入式Linux发行版公司，可以使你专注在核心业务。一般情况下，嵌入式Linux供应商都会承诺一年或更长时间的升级服务，这使得设计人员的Linux可以跟上不断发展变化的Linux 技术。而且嵌入式Linux供应商都在自己的发行版或专业服务中增加某些关键技术：Montavista在自己的Montavista Linux中增加了可抢占内核和实时调度器，以提高实时响应。
另外，在整个产品开发过程中，嵌入式Linux供应商可以提供目标环境的支持，如Power PC移植(一般Linux应用是在X86平台上)、免费的技术培训、咨询和新版本的升级，有些公司还可以有VIP的服务，如现场支持、专家的热线服务和快速修补软件错误。
Montavista 是目前国际上最著名的嵌入式Linux发行版和服务供应商。Montavista产品名称是Montavista Linux (原HardHad Linux)，支持x86、ppc、ARM、xstrong ARM/Xscale、Mip、SH6大CPU系列有共近80余种单板的LSP设备驱动程序(相当于BSP)，它目前有以下几个产品：Montavista Linux专业版2.1，Montavista Carrier Grade版本2.1，Java模块，Montavista图形模块，QT/Embedded图形等。Montavista Linux2.1基于2.4.17内核，增加可抢占内核，实时调度器，最新的GNU工具链，目标配置和库优化器，KDE集成开发环境，802.11b协议，日志文件系统和小脚印的Web服务器：Thttpd.。
Montavista、Intel、Nokia、Alcatel、Cisco 等公司参加的OSDL论坛，是指导Carrier Grade Linux开发并推动未来一代通信系统的组织。Carriex Grage Linux构造在Linux开放的体系结构上，并遵守高可靠性的电信级需求。第一个商业产品Montavista Carrier Grad Linux2.1版本已经正式发表。
自1997年成立以来，Montavista Linux已经成功地开发出400多种应用，典型的通信产品有：Nokia Flexi Server (移动控制功能模块的管理和信令平台)，3com 的Kerbungo Internet收音机，Cyclades 的接入服务器，Interface Concept的以太网交换机和ITT宇航通讯部的无线收发机等。■(转载自《通讯世界》)