赢得设计成功的嵌入式Linux

　　首先，必需将硬实时操作系统与软实时操作系统区分开，前者可保证不会错过最后期限并能准确地了解工程的进度，后者则通常需要在一个特定时间范围内才能完成任务。像QNX、VxWorks及其他一些开发环境——如LiveDevices公司的Realogy套件及Volcano公司的汽车联网系列产品等，均可处理需要有充分确定性响应时间的关键任务（参考文献1）。但据EDN编辑Warren Webb最新报道，目前有许多可用来满足实时需求的商业性Linux产品，如LynuxWorks公司用于补充其LynxOS产品的BlueCat Linux以及即将推出的Red Hat Embedded Linux，是坚持Red Hat的Linux 与将Linux及VxWorks融合在一起的全球最大商用RTOS供应商Wind River公司共同协作的结果（参考文献2）。而最近进行的一系列发布，如General Dynamics Advanced Information Systems（通用动态高级信息系统）选择LynuxWorks公司的安全应急LynxOS-178 RTOS来开发美国陆军未来战斗系统 (FCS)的基础设施等，则表明这些进展意味着巨大的商机，
　　尽管这些系统都与Linux兼容，但它们还是不可避免地采用了专用软件来满足客户的需求。例如，MontaVista公司对Linux内核进行了修改以满足其运营商级产品的如下需求，即增加大量预占点来将最坏情况下的延时从大于100ms缩短至小于1ms，以适应在电信基础设施中使用。此外，由FSMLabs公司提供的RTLinuxPro，将Linux作为一个在硬实时操作系统内核监控下的空闲线程来运行，在一个典型x86平台上可保证最坏情况下的中断延时为13ms，并允许无缝访问Linux环境。欧洲市场的兴趣来自意大利软件开发商Koan，Koan公司的Klinux采用由Polytechnic of Milan航空航天工程系RTAI项目开发的实时应用接口 (RTAI) 内核扩展来提供硬实时响应。在获得免许可的开放源代码条件下，Koan正致力于将其系统移植到包括x86、ARM、PowerPC及Xscale架构的处理器上，这些产品主要用于工业控制。
　　让我们回到消费电子市场，信息娱乐与手机应用的迅猛发展预示着嵌入式Linux会更加广泛地用于对任务苛刻程度与实时响应没有那么严格要求的设备中。当然，Linux已经在可靠性与安全性方面获得了很好的声誉，正因为如此，移动电话运营商Orange与意法半导体公司最近决定对嵌入式Linux系统的研发进行联合投资，该操作系统用于在意法半导体公司基于ARM的Nomadik处理器上运行的一个安全电子手机付费程序。但Linux传统的反应时间迟缓已经在很多场合妨碍了它的应用，这是由于它原有内核的非预占性设计而造成的，其运行任务会停止中断，并且其调度程序采用了一种公平算法来保证所有任务均分享一部分处理器时间，而不考虑任务的优先级。这种内核还依靠任务之间的页面交换，因此不能在必需适应异步事件的系统中对时序进行准确地预测。此外，它还要求用存储器管理单元 (MMU) 来进行存储器保护以及方便多任务处理。
　　当前的2.6版内核进一步减少了延时并拥有许多嵌入式友好特性，包括构建用于不需要用户界面的设备的小占板面积内核选项。在从过渡版2.5开始发布的内核中，系统核心是所谓的O(1)调度程序，它增加了内核预占、任务优先级与一个专用时间限制程序。基于Linux 的电话系统制造商Digium公司总裁Mark Spencer声称，无需对内核进行额外的修改，Linux操作系统的性能就能胜任软实时应用，他说：“大多数先进PC平台可处理多达每秒1000个硬件中断，这对于Digium公司的Asterisk系统核心部分的时分多路复用总线来说已经足够”。他认为Linux 的一个重要优点是它能适应从小型嵌入式平台直至超级计算机的升级，并且还能与PC开发并行进行。他说：“一开始，PC只运行字处理软件与电子表格软件，但它们很快便开始取代小型机并在计算领域占优势。与此相似，Linux正变得无处不在，现在其产品出现在各种不同的应用领域中”。Spencer坚持认为Digium公司应继续开发它的开放源代码Asterisk产品，而且公司还可以将许可授给第三方以进行专用软件开发，这代表了Linux商业合作的运营模式，他说：“我们刚刚推出了Asterisk商业版，并正在开发更多的PBX基础设施硬件，包括一种回波消除卡”。