嵌入式軟件的ＰＣ化趨勢

何小慶

摘要：文章敘述源自PC的虛擬化軟件和開源軟件正在逐漸滲透到嵌入式系統(tǒng)各個方面。

關(guān)鍵詞：嵌入式軟件；虛擬化；移動互聯(lián)網(wǎng)；標(biāo)準(zhǔn)化；Linux

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用漸漸走熱，Intel嵌入式X86芯片重返市場，傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)平臺、軟件開發(fā)方式和操作系統(tǒng)都在發(fā)生著變化。一方面，互聯(lián)網(wǎng)需要更多已經(jīng)在PC使用的應(yīng)用軟件能夠在各種移動終端上使用，另一方面，計算密集和數(shù)據(jù)密集的趨勢要求嵌入式系統(tǒng)具有越來越強(qiáng)的處理能力，PC化則是解決這些問題的途徑之一。

嵌入式系統(tǒng)和PC的融合

嵌入式系統(tǒng)和PC一直有著難解之緣，由ISA總線標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展起來的PCI04，是嵌入式PC至今依然大量使用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。DOS／Borland C是深受喜愛的嵌入式PC操作系統(tǒng)和開發(fā)工具之一。20世紀(jì)90年代以后，在摩爾定律推動下，Intel和微軟聯(lián)手推動了一輪又一輪的PC升級換代之路，也使得嵌入式系統(tǒng)和PC越走越遠(yuǎn)，以單片機(jī)(MCU)為代表的嵌入式處理器技術(shù)成熟，RTOS(嵌入式操作系統(tǒng)，如uC／OS—II，VxWork)和IDE(Keil、IAREW)的嵌入式軟件開發(fā)模式已經(jīng)形成，獲得了廣泛的認(rèn)可和成功。

2000年以后，嵌入式Linux和 PC SoC嵌入式平臺給嵌入式系統(tǒng)帶來了革命性的變革，比較起傳統(tǒng)的MCU平臺，一個典型ARM2410單板、嵌入式Linux2.4、Qf圖形界面，它包含設(shè)備驅(qū)動、網(wǎng)絡(luò)、文件、圖形和豐富應(yīng)用，是一個完整的OS和交叉開發(fā)環(huán)境，非常接近人們熟悉的PC環(huán)境，可以適合多數(shù)消費電子、通訊、工業(yè)控制嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用要求。但是面對高性能計算、互聯(lián)網(wǎng)以及多媒體應(yīng)用的移動互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、數(shù)字多媒體中心、網(wǎng)絡(luò)存儲和超便攜上網(wǎng)筆記本等應(yīng)用時，基于交叉編譯的ARM／Linux／WinCE系統(tǒng)，比起X86／Linux／WindowsXP系統(tǒng)，開發(fā)時間和難度要大得多，在設(shè)備端重新移植成熟應(yīng)用和測試過程耗費了大量的時間和人力；在服務(wù)器端，由于待測試的各種終端的種類、OS、瀏覽器不一，所以許多網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的廠家只能支持有限數(shù)量的終端和，瀏覽器版本，所以，PC Windows／IE就成為多數(shù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用支持的對象。

ARM、Adobe和Canonical合作將把Ubuntu和FlashPlayerlO移植到ARM上，這無疑是嵌入式軟件和PC融合的重要信號。Flash Player是目前網(wǎng)絡(luò)上最為流行的瀏覽和播放軟件，也運行在X86／Windows／Linux平臺，它對于ARM體系結(jié)構(gòu)的支持將大大提高ARM芯片在互聯(lián)網(wǎng)終端的地位。Ubuntu是國際上成功的Linux開源桌面操作系統(tǒng)，最近發(fā)表的8.10版本，加強(qiáng)了對3G移動網(wǎng)絡(luò)的支持，計劃支持超低功耗的ARMv7(CortexA8／A9)處理器，將擴(kuò)展Ubuntu操作系統(tǒng)在移動互聯(lián)網(wǎng)終端上的地位，同時也為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)提供了一種標(biāo)準(zhǔn)的PC環(huán)境。其實Ubuntu因為尺寸小巧，已是嵌入式X86／PC廠家主要支持的嵌入式Linux平臺之一。無論是Intel嵌入式X86，還是ARM的SoC技術(shù)，都在引領(lǐng)行業(yè)向著滿足高性能計算要求的軟硬件PC化方向發(fā)展。

嵌入式虛擬化軟件

PC化的嵌入式軟件具有通用、開放的特點，但是要完全滿足安全性、實時性和可繼承性的需求還有距離，虛擬化軟件正好是一個補(bǔ)充。虛擬化在服務(wù)器上已經(jīng)取得了成功，正在進(jìn)軍桌面和嵌入式系統(tǒng)。著名的vmware最近宣布將推出智能手機(jī)的虛擬化軟件版本。虛擬化軟件可以在多核、單核高性能處理器上運行。一是解決安全性問題，比如構(gòu)建一個在安全操作系統(tǒng)和開放操作系統(tǒng)環(huán)境下的手機(jī)，以保證移動網(wǎng)上銀行的安全支付。二是解決軟件再用問題，比如大量已經(jīng)驗證了的通訊代碼和專用的RTOS，通過虛擬化和通用的操作系統(tǒng)(GOS)結(jié)合形成全新的高密度計算平臺。三是解決實時性問題：專用的實時RTOS和GOS—Linux，Windows并存。四是解決多核編程問題，介于目前多核軟件普遍滯后硬件芯片的情況，虛擬化可以幫助用戶在不改變編程模式和設(shè)計思想的前提下，充分發(fā)揮多核芯片的性能。即在不同的核上運行不同的操作系統(tǒng)：運行RTOS的核完成通訊設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流的處理和分析，運行Linux的核負(fù)責(zé)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理和人機(jī)界面。虛擬化技術(shù)如果使用得當(dāng)，它可以在嵌入式系統(tǒng)和PC化軟件之間架起一座橋梁。嵌入式系統(tǒng)對于虛擬化技術(shù)有其特殊要求，比如非X86體系結(jié)構(gòu)、尺寸和實時性等，目前開源項目Xen(www.xen.org)在這個方面還有差距，商業(yè)的產(chǎn)品有VirtualLogix的VLX，它提供支持通訊平臺，移動終端和通用嵌入式系統(tǒng)的各個產(chǎn)品線方案，產(chǎn)品線豐富而成熟；OK-Labs是基于開源OKL4微內(nèi)核的虛擬化軟件，重點支持手機(jī)的虛擬化方案，風(fēng)河公司近日也宣布將推出作為整個多核方案一個部分的虛擬化軟件。

嵌入式軟件的PC化趨勢，目前體現(xiàn)在高性能計算要求的場合，但是也要看到，一個再復(fù)雜的洗衣機(jī)和電冰箱也不必需要一個800M主頻的ARM SoC，或者Intel Atom處理器，單片機(jī)已完全可以解決問題了。嵌入式系統(tǒng)的多樣性決定了各種芯片技術(shù)、通訊技術(shù)、軟件、設(shè)計思想都可以在嵌入式系統(tǒng)找到自己的位置。