嵌入式操作系統管理論文

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內容摘要：從RTOS（嵌入式實時操作系統）發展的歷史、RTOS市場和技術發展的變化、RTOS的未來及RTOS在中國幾個方面，給出RTOS的現狀、未來發展方向及RTOS的應用領域：系統級、板級、SOC級。

關鍵詞：RTOS嵌入式系統嵌入式應用嵌入式開發工具

隨著互聯網應用的迅速發展，嵌入式微處理器的應用日益廣泛，無處不在，從波音飛機到移動電話，都有嵌入式微處理器的存在。在嵌入式微處理器的應用開發中，嵌入式實時操作系統（簡稱RTOS）是核心軟件，就像我們日常所用計算機的桌面系統中，微軟公司的Windows98一樣重要。RTOS已經在全球形成了1個產業，據美國EMF(電子市場分析)報告，1999年全球RTOS市場產值達3.6億美圓，而相關的整個嵌入式開發工具（包括仿真器、邏輯分析儀、軟件編譯器和調試器）則高達9億美圓。

一、RTOS發展歷史

從1981年ReadySystem發展了世界上第1個商業嵌入式實時內核（VRTX32），到今天已經有近20年的歷史。20世紀80年代的產品還只支持一些16位的微處理器，如68k,8086等。這時候的RTOS還只有內核，以銷售二進制代碼為主。當時的產品除VRTX外，還有IPI公司的MTOS和80年代末ISI公司的PSOS。產品主要用于軍事和電信設備。進入20世紀90年代，現代操作系統的設計思想，如微內核設計技術和模塊化設計思想，開始滲入RTOS領域。老牌的RTOS廠家如ReadySystem（在1995年與MicrotecResearch合并），也推出新一代的VRTXsa實時內核，新一代的RTOS廠家Windriver推出了Vxwork。另外在這個時期，各家公司都有力求擺脫完全依賴第三方工具的制約，而通過自己收購、授權或使用免費工具鏈的方式，組成1套完整的開發環境。例如，ISI公司的Prismt、著名的Tornado(Windriver)和老牌的Spectra(VRTX開發系統)等。

進入20世紀90年代中期，互聯網之風在北美日漸風行。網絡設備制造商、終端產品制造商都要求RTOS有網絡和圖形界面的功能。為了方便使用大量現存的軟件代碼，他們希望RTOS廠家都支持標準的API，如POSIX，Win32等，并希望RTOS的開發環境與他們已經熟悉的UNIX，Windows一致。這個時期代表性的產品有Vxwork，QNX,Lynx和WinCE等。

二、RTOS市場和技術發展的變化

可以看出，進入20世紀90年代后，RTOS在嵌入式系統設計中的主導地位已經確定，越來越多的工程師使用RTOS，更多的新用戶愿意選擇購買而不是自己開發。我們注意到，RTOS的技術發展有以下一些變化：

1．因為新的處理器越來越多，RTOS自身結構的設計更易于移植，以便在短時間內支持更多種微處理器。

2．開放源碼之風已波及RTOS廠家。數量相當多的RTOS廠家出售RTOS時，就附加了源程序代碼并含生產版稅。

3．后PC時代更多的產品使用RTOS，它們對實時性要求并不高，如手持設備等。微軟公司的WinCE,PlamOS,JavaOS等RTOS產品就是順應這些應用而開發出來的。

4．電信設備、控制系統要求的高可靠性，對RTOS提出了新的要求。瑞典Enea公司的OSE和WindRiver新推出的VxworkAE對支持HA（高可用性）和熱切換等特點都下了一番功夫。

5．Windriver收購了ISI，在RTOS市場形成了相當程度的壟斷，但是由于Windriver決定放棄PSOS，轉為開發Vxwork與PSOS合二為一版本，這便使得PSOS用戶再一次走到重新選擇RTOS的路口，給了其他RTOS廠家1次機會。

6．嵌入式Linux已經在消費電子設備中得到應用。韓國和日本的一些企業都推出了基于嵌入式Linux的手持設備。嵌入式Linux得到了相當廣泛的半導體廠商的支持和投資，如Intel和Motorola。

三、RTOS的未來

未來RTOS的應用可能劃分為3個不同的領域：

1．系統級：指RTOS運行在1個小型的計算機系統中完成實時的控制作用。這個領域將主要是微軟與Sun競爭之地，傳統上Unix在這里占有絕對優勢。Sun通過收購，讓他的Solaris與Chrousos（原歐洲的1種RTOS）結合，微軟力推NT的嵌入式版本“EmbeddedNT”。此外，嵌入式Linux將依托源程序碼開放和軟件資源豐富的優勢，進入系統級RTOS的市場。

2．板級：傳統的RTOS的主要市場。如Vxwork,PSOS,QNX,Lynx和VRTX的應用將主要集中在航空航天、電話電訊等設備上。

3．SOC級（即片上系統）：新一代RTOS的領域：主要應用在消費電子、互聯網絡和手持設備等產品上。代表的產品有Symbian的Epoc、ATI的Nucleus,Expresslogic的Threadx。老牌的RTOS廠家的產品VRTX和Vxwork也很注意這個市場。

從某種程度講，不會出現1個標準的RTOS（像微軟的Windows在桌面系統中的地位一樣），因為嵌入式應用本身就極具多樣性。在某個時間段以及某種行業，會出現1種絕對領導地位的RTOS，比如今天在寬帶的數據通信設備中的Vxwork和在亞洲手持設備市場上的WinCE就是一例子。但是，這種壟斷地位也并不是牢不可破的，因為在某種程度上用戶和合作伙伴更愿意去培養1個新的競爭對手。比如，Intel投資的Montivista和Motorola投資的Lineo，這兩家嵌入式Linux系統，就是說明半導體廠商更愿意看到1個經濟適用的、開放的RTOS環境。

四、RTOS在中國

中國將是世界上最大的RTOS市場之一。因為中國有著世界上最大的電信市場。據信息產業部預計，在未來2~3年內，中國將是世界上最大的手機市場（每1部手機都在運行1個RTOS）。這樣龐大的電信市場就會孕育著大量的電信設備制造商，這就造就了大量的RTOS和開發工具市場機會。目前，中國的絕大多數設備制造商在采用RTOS時，首先考慮的還是國外產品。目前，在中國市場上流行的RTOS主要有Vxwork,PSOS,VRTX,Nucleus，QNX和WinCE等。由于多數RTOS是嵌入在設備的控制器上，所以多數用戶并不愿意冒風險嘗試1種新的RTOS。

但是我們同時也注意到，目前RTOS在中國市場的銷售額還很小，這主要是2個原因：

1．中國設備制造商的規模普遍還無法與國外公司相比，開發和人員費用相對還較高，所以RTOS對于中國用戶來講是比較貴的。

2．多數國內用戶還沒有開始購買RTOS的版稅，其主要原因有：產品未能按計劃批量生產，沒有交版稅的意識。應該注意，大多數二進制的RTOS必須在產品量產時交版稅，或者按數量買或者與廠家討論一次性買斷，而由廠家直接發給你授權協議書。據國外某家RTOS廠家稱，他們年收入的30%來自版稅。

在過去的幾年中，國家研究機構和企業，已經在開發自有知識產權的RTOS或在開放源碼的Linux基礎上發展自己的嵌人式Linux版本。國產RTOS的市場主要集中在消費電子方面，因為這里有許多國外RTOS不能適應的部分，如中文處理。目前主要產品有：中科院系統的“女媧”，英文是“Hopen”；北京科銀京成(原電子科大)的δOS（原名是CRTOS）;中科院紅旗Linux；深圳藍點Linux。可以肯定地講，目前這些RTOS市場占有率還很低，多數公司還是依靠政策支持、國內投資、海外上市等支持公司龐大的開發投入，真正的市場回報還只是杯水車薪。如何長期良性循環發展下去將是1個重要的題目。對于這些廠家而言，如果深入到某種特定的應用產品開發，如機頂盒，那將可能會等到一兩家用戶的支持，而同時將會失去更多的用戶。因為用戶之間有很強烈的競爭性，他們并不想讓供應商參與他們的產品開發的全過程。

如何開發出1種通用的RTOS，使得用戶易于使用，方便地裁剪到某系統中去，國外商用RTOS已經很好地解決了這個問題。中國人設計的RTOS應更多地適于中國的國情，除了中文處理，中國有著廣泛的單片機的應用基礎。開發設計1種簡單、易用的RTOS開發環境，以中國人可以接受的價格和更為務實的技術支持手段推出，也許可以找到1種正常的市場回報途徑。RTOS產業是1個循序漸進的產業，任何急功近利的做法都將導致功虧一簣。用戶熟悉1種RTOS需要1個相當的過程和廠家的支持，同時用戶也不愿意輕易放棄1種RTOS。我們相信中國人自己開發設計的RTOS一定會得到國人的認可，有著無限光明的前途。