嵌入式实时操作系统的现状和未来
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嵌入式实时操作系统的现状和未来内容 摘要:从 RTOS(嵌入式实时操作系统)发展的 历史、RTOS 市场和技术发展的变化、RTOS 的未来及 RTOS 在中国几个方面,给出RTOS 的现状、未来发展方向及 RTOS 的应用领域:系统级、板级、SOC 级。关键词:RTOS 嵌入式系统 嵌入式应用 嵌入式开发工具随着互联网应用的迅速发展,嵌入式微处理器的应用日益广泛,无处不在,从波音飞机到移动电话,都有嵌入式微处理器的存在。在嵌入式微处理器的应用开发中,嵌入式实时操作系统(简称RTOS)是核心软件,就像我们日常所用计算机的桌面系统中,微软公司的 Windows 98 一样重要。 RTOS 已经在全球形成了 1 个产业,据美国 EMF(电子市场分析)报告,1999 年全球 RTOS 市场产值达 3.6 亿美圆,而相关的整个嵌入式开发工具(包括仿真器、逻辑分析仪、软件编译器和调试器)则高达 9 亿美圆。一、 RTOS 发展历史从 1981 年 Ready System 发展了世界上第 1 个商业嵌入式实时内核(VRTX32) ,到今天已经有近 20 年的历史。20 世纪 80 年代的产品还只支持一些 16 位的微处理器,如 68k,8086 等。这时候的RTOS 还只有内核,以销售二进制代码为主。当时的产品除 VRTX 外,还有 IPI 公司的 MTOS 和 80 年代末 ISI 公司的 PSOS。产品主要用于军事和电信设备。进入 20 世纪 90 年代,现代操作系统的设计思想,如微内核设计技术和模块化设计思想,开始渗入 RTOS 领域。老牌的RTOS 厂家如 Ready System(在 1995 年与 Microtec Research 合并) ,也推出新一代的 VRTXsa 实时内核,新一代的 RTOS 厂家 Windriver推出了 Vxwork。另外在这个时期,各家公司都有力求摆脱完全依赖第三方工具的制约,而通过自己收购、授权或使用免费工具链的方式,组成 1 套完整的开发 环境。例如,ISI 公司的 Prismt、著名的Tornado(Windriver)和老牌的 Spectra(VRTX 开发系统 )等。进入 20 世纪 90 年代中期,互联网之风在北美日渐风行。 网络设备制造商、终端产品制造商都要求 RTOS 有网络和图形界面的功能。为了方便使用大量现存的软件代码,他们希望 RTOS 厂家都支持标准的 API,如 POSIX, Win32 等,并希望 RTOS 的开发环境与他们已经熟悉的 UNIX,Windows 一致。这个时期代表性的产品有Vxwork,QNX, Lynx 和 WinCE 等。二、 RTOS 市场和技术发展的变化可以看出,进入 20 世纪 90 年代后,RTOS 在嵌入式系统设计中的主导地位已经确定,越来越多的工程师使用 RTOS,更多的新用户愿意选择购买而不是自己开发。我们注意到,RTOS 的技术发展有以下一些变化:1 因为新的处理器越来越多,RTOS 自身结构的设计更易于移植,以便在短时间内支持更多种微处理器。2? 开放源码之风已波及 RTOS 厂家。数量相当多的 RTOS 厂家出售 RTOS 时,就附加了源程序代码并含生产版税。3 后 PC 时代更多的产品使用 RTOS,它们对实时性要求并不高,如手持设备等。微软公司的 WinCE,Plam OS, Java OS 等产品就是顺应这些应用而开发出来的。4 电信设备、控制系统要求的高可靠性,对提出了新的要求。瑞典 Enea 公司的和 WindRiver 新推出的Vxwork 对支持(高可用性)和热切换等特点都下了一番功夫。5 Windriver 收购了,在 RTOS 市场形成了相当程度的垄断,但是由于 Windriver 决定放弃 PSOS,转为开发 Vxwork 与PSOS 合二为一版本,这便使得 PSOS 用户再一次走到重新选择 RTOS的路口,给了其他 RTOS 厂家 1 次机会。6 嵌入式 Linux 已经在消费电子设备中得到应用。韩国和日本的一些企业都推出了基于嵌入式 Linux 的手持设备。嵌入式 Linux 得到了相当广泛的半导体厂商的支持和投资,如 Intel 和 Motorola。三、 RTOS 的未来未来 RT的应用可能划分为 3 个不同的领域:1 系统级:指 RTOS 运行在 1 个小型的计算机系统中完成实时的控制作用。这个领域将主要是微软与 Sun 竞争之地,传统上 Unix在这里占有绝对优势。Sun 通过收购,让他的 Solaris 与Chrous os(原欧洲的 1 种 RTOS)结合,微软力推 NT 的嵌入式版本“Embedded NT”。 此外,嵌入式 Linux 将依托源程序码开放和软件资源丰富的优势,进入系统级 RTOS 的市场。2 板级:传统的 RTOS 的主要市场。如Vxwork, PSOS, QNX, Lynx 和 VRTX 的应用将主要集中在航空航天、电话电讯等设备上。3 SOC 级(即片上系统):新一代 RTOS 的领域:主要应用在消费电子、互联网络和手持设备等产品上。代表的产品有 Symbian的 Epoc、ATI 的 Nucleus, Express logic 的 Threadx。老牌的 RTOS 厂家的产品 VRTX 和 Vxwork 也很注意这个市场。从某种程度讲,不会出现 1 个标准的 RTOS(像微软的 Windows在桌面系统中的地位一样) ,因为嵌入式应用本身就极具多样性。在某个时间段以及某种行业,会出现 1 种绝对领导地位的 RTOS,比如今天在宽带的数据通信设备中的 Vxwork 和在亚洲手持设备市场上的WinCE 就是一例子。但是,这种垄断地位也并不是牢不可破的,因为在某种程度上用户和合作伙伴更愿意去培养 1 个新的竞争对手。比如,Intel 投资的 Montivista 和 Motorola 投资的 Lineo,这两家嵌入式 Linux 系统,就是说明半导体厂商更愿意看到 1 个经济适用的、开放的 RTOS 环境。四、 RTOS 在中国中国将是世界上最大的 RTOS 市场之一。因为中国有着世界上最大的电信市场。据信息产业部预计,在未来 23 年内,中国将是世界上最大的手机市场(每 1 部手机都在运行 1 个 RTOS) 。这样庞大的电信市场就会孕育着大量的电信设备制造商,这就造就了大量的RTOS 和开发工具市场机会。目前,中国的绝大多数设备制造商在采用 RTOS 时,首先考虑的还是国外产品。目前,在中国市场上流行的RTOS 主要有 Vxwork, PSOS, VRTX, Nucleus, QNX 和 WinCE 等。由于多数 RTOS 是嵌入在设备的控制器上,所以多数用户并不愿意冒风险尝试 1 种新的 RTOS。但是我们同时也注意到,目前 RTOS 在中国市场的销售额还很小,这主要是 2 个原因:1中国设备制造商的规模普遍还无法与国外公司相比,开发和人员费用相对还较高,所以 RTOS 对于中国用户来讲是比较贵的。2多数国内用户还没有开始购买 RTOS 的版税,其主要原因有:产品未能按计划批量生产,没有交版税的意识。应该注意,大多数二进制的 RTOS 必须在产品量产时交版税,或者按数量买或者与厂家讨论一次性买断,而由厂家直接发给你授权协议书。据国外某家RTOS 厂家称,他们年收入的 30%来自版税。在过去的几年中,国家研究机构和企业,已经在开发自有知识产权的 RTOS 或在开放源码的 Linux 基础上发展自己的嵌人式 Linux版本。国产 RTOS 的市场主要集中在消费电子方面,因为这里有许多国外 RTOS 不能适应的部分,如中文处理。目前主要产品有:中科院系统的“女娲” ,英文 是“Hopen ”;北京科银京成 (原电子科大) 的 OS(原名是 CRTOS);中科院红旗 Linux;深圳蓝点 Linux。可以肯定地讲,目前这些 RTOS 市场占有率还很低,多数公司还是依靠政策支持、国内投资、海外上市等支持公司庞大的开发投入,真正的市场回报还只是杯水车薪。如何长期良性循环发展下去将是 1 个重要的题目。对于这些厂家而言,如果深入到某种特定的应用产品开发,如机顶盒,那将可能会等到一两家用户的支持,而同时将会失去更多的用户。因为用户之间有很强烈的竞争性,他们并不想让供应商参与他们的产品开发的全过程。如何开发出 1 种通用的 RTOS,使得用户易于使用,方便地裁剪到某系统中去,国外商用 RTOS 已经很好地解决了这个问题。中国人设计的 RTOS 应更多地适于中国的国情,除了中文处理,中国有着广泛的单片机的应用基础。开发设计 1 种简单、易用的 RTOS 开发环境,以中国人可以接受的价格和更为务实的技术支持手段推出,也许可以找到 1 种正常的市场回报途径。 RTOS 产业是 1 个循序渐进的产业,任何急功近利的做法都将导致功亏一篑。用户熟悉 1 种 RTOS 需要1 个相当的过程和厂家的支持,同时用户也不愿意轻易放弃 1 种RTOS。我们相信中国人自己开发设计的 RTOS 一定会得到国人的认可,有着无限光明的前途。- 配套讲稿:
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