《嵌入式操作系统史话》之六：开源的嵌入式OS

在讨论开源的嵌入式操作系统（简称嵌入式OS）之前，我们先把开源软件搞清楚。“开源软件”目前并没有明确定义，也没有标准许可证。许多公司采用开放源代码一词，大概有这样两种情况。第一，开源软件的许可条款是一个组合条款，并不都是GPL。比如Android里面就有多种许可证（GPL、Apache和BSD）[1]。我们知道Linux 内核是采用GPL，用户任何修改必须开源给社区。Android 的许可可以让用户为自己的应用制作专用软件（遵循Apache和BSD许可）。第二，一些商业软件称自己是开源软件，其实它们只是开放源代码给用户或者大众，让大家免费评估和试用，如果你真正的使用在商业项目了，需要技术服务了，那对不起，他们要收费了。这样的开源软件不属于我们本篇讨论的范围。

Linux
由Linus Torvalds在1991年发表的Linux开放操作系统，是由在互联网上的志愿者们开发的，吸引了许许多多忠实的追随者，自1999年稳定的2.2 版本发布以来，Linux早已经在服务器和台式机上取得了巨大的成功，正在嵌入式系统中大放异彩。许多人认为Linux可以获得在嵌入式市场上的认可，真正的关键的原因是得益于Linux高质量和其生命力，当然可以给Linux开发人员提供了灵活性和开放源码选择，不收取运行时许可使用费也是开发者选择Linux的理由。与商业软件授权方式不同的是，开发者可以自由修改的Linux，以满足他们的应用需要。在技术上，因为基于UNIX技术，Linux提供广泛的功能强大的操作系统功能，包括内存保护、进程和线程，以及丰富的网络协议，Linux与POSIX标准兼容，从而提高了应用的可移植性。Linux支持多种微处理器，总线架构和设备，通常情况下，芯片公司的驱动程序，应用相关的中间件，工具和应用程序都是先为Linux开发的，后来移植到其他OS平台，这些特性都非常适合于嵌入式系统应用。

Montavista Linux
谈到嵌入式Linux，MontaVista是一定要提到的，它对于Linux在嵌入式系统商业应用起到重要的作用，MontaVista创始人和首席执行官正是第3篇里面讲到的Jim Ready，他是公认的商业操作系统的先驱，有超过25年在嵌入式软件行业的经验。当他还在Ready System时候，他就关注Linux的发展，93年他曾下载过0.98版本Linux并尝试运行起来，他预见到Linux将成为未来影响嵌入式市场的一个重要因素。1999年在Alloy创业投资公司的支持下，Jim开始建立一个嵌入式Linux软件工程师的公司，目标是开发一个嵌入式Linux 软件平台，也就是Hard Hat Linux。如图1戴帽子的企鹅的宣传画。2001年Hard Hat Linux 2.0 版本发布之后，在Red hat（红帽）公司一再要求下，产品改名为Montavista Linux，之后陆续发布了2.1/3.0/3.1/4.0和后来5.0 版本。从技术上看，Montavista Linux不只是一个通用的Linux发行版，它更是为嵌入式系统所需的可靠性和实时性（通过对2.4内核加入实时补丁）而精心设计，支持高端嵌入式系统使用的处理器架构x86、ARM、PowerPC 和MIPS 、一系列的驱动程序和板级支持包。它有一整套的开发工具，闪存和固态存储文件系统，还有可以很容易地监视系统的完整性和性能的各种工具[2]。

图1： Hard hat Linux戴帽子企鹅的宣传画

Montavista创建以后的10年间，借助开源软件之势，迅速发展，并成功的将其Montavista Linux应用在通信基础设备，智能手机，数字电视机和机顶盒等各种嵌入式系统中，国际顶级的设备制造商纷纷采用它的技术和产品，比如NEC、Motorola和三星电子。Montavista Linux 的出现对于传统的商业RTOS 是很大的冲击，客户逐渐认识到开源软件的价值，纷纷转向开源，遵循开源规则的Montavista就是最好的选择之一，虽然期间也有几个竞争对手，比如1995年在匹斯堡成立的timesys，虽然也有着不错的产品，但是毕竟远离硅谷又不熟悉嵌入式软件运作模式，所以没有形成对Montavista 威胁，真正的威胁还是传统的RTOS巨头，当他们认识到开源软件潮流已经到来的时候，市场的竞争才真正到来了。经历几轮的风险投资，Montavista 没有能够实现盈利预期，再经过2008年金融危机的冲击，2009年Montavista被半导体公司Cavium收购。

Red Hat的eCos
eCos全称是Embedded Configurable Operating System，它出生于1997年，可以说是嵌入式领域的一个后来者，相对其他的系统来说，它非常年轻，在设计理念上面是比较新颖的，eCos绝大多数代码使用C++写作完成。eCos最早是Cygnus公司开发（该公司成立于1989年，大家一定知道Cygwin吧，就是他们开发的），1999年被RedHat收购，2002年RedHat因为财务上的原因放弃了RedHat项目，解雇了eCos的开发人员，2004年在eCos开发者的呼吁下，RedHat 同意把eCos版权转给开源软件基金会。之后，eCos主要开发人员组建了一个新的eCosCentric公司，继续进行eCos的开发和技术支持。

eCos 最大的特点是模块化，内核可配置。如果说嵌入式Linux太庞大了，那么eCos可能就能够满足你的要求。它是一个针对16/32/64位处理器的可移植开放源代码的嵌入式RTOS。和Linux不同，它是由专门设计嵌入式系统的工程师设计的。eCos提供的Linux兼容的API能让开发人员轻松的将Linux应用移植到eCos。 eCos 的核心具备一般OS功能，如驱动和内存管理、异常和中断处理、线程的支持，还具备RTOS的特点，如可抢占、最小中断延迟、线程同步等。eCos支持大量外设、通讯协议和中间件，比如以太网、USB、 IPv4/IPv6、SNMP、HTTP等。

eCos的专利受eCos 许可证所保护，这是一个GPL 许可证的修改版，其准许开发者在其上开发的应用程序（即eCos 以外自行撰写的部分）可以不用跟着GPL 一起发布。应用程序开发者可免費的取得其完整的源码，并针对其作任意的修改与在其上开发自己的应用程序并发布，唯一的限制只是若有修改到eCos 本身，其需将修改的源码回报給eCos 开发小組。当开发者将其当为产品时，也不需支付版税。

许多公司都在使用eCos，并先后成功推出了使用eCos的嵌入式产品，比如
Brother网络彩色激光打印机、DelphiCommuiport车载信息处理系统、IomegaHipZip数字音频播放器、Ikendi指纹识别系统、3Glab移动电话、GPS卫星地面设备等。[3、4]

Android
Android是谷歌公司开发的针对高端智能手机的一个操作系统（OS），其实Android不仅仅是一个OS，也是一个软件平台，可以应用在更加广泛的设备中。在实际应用中，Android是一个在Linux上的应用架构，优势是能够帮助开发者快速地布置应用软件。Android成功的关键是它的授权方式，它是一个开源软件，主要的源代码的授权方式是Apache，该授权允许使用者在Android源代码上增加自己的知识产权，而不一定要公开源代码。

直到今天，Android 的开发主要还是集中在移动终端上，这是谷歌的主要目标市场，相关软件IP和开发工具也都是针对这个市场设计和配置的，在这个市场上Android已经成为智能手机市场占有率最大的OS。在其他的市场上Android也的潜力巨大，一般来说，任何有复杂的软件需求的地方，一个封装好的有连接和用户界面的设备，比如车载信息系统（IVT），智能电视，Android 都会有用武之地。消费电子，通信，汽车电子，医疗仪器和智能家居应用都是Android 潜在的应用目标，但是Android 要从移动终端应用真正的走出来，确实很有挑战[5]，目前我们看到的是在平板电脑和智能电视上Android 有不错的表现，基于Android 照相机、智能手表和电视盒已经出现，更多的应用也在开发之中。 见图2 。
    

图2：各种基于Android 非手机的产品

结语
除了上面介绍的Linux、Montavista、eCos、Android这些开源OS已经在嵌入式系统中大量使用外，还有在军事工业和航空航天上应用的RTEM[6]，来自日本基于ITRON技术规范的Toppers，二者都基于GPL 许可证。Toppers还要求如果应用已经嵌入到设备里，需要报告给Toppers协会[7]。此外现在可以看到的商业嵌入式Linux 还有Windriver Linux、Enea Linux等产品。开源嵌入式OS有一些开源社区和组织，他们对于开源软件在嵌入式系统的发展和应用起到重要的作用， 目前比较活跃的有Linaro，它是由ARM、飞思卡尔、三星等公司合资成立的，致力于为ARM架构开发开源软件的非盈利性组织[8]。GENIVI联盟已经在全球拥有170家成员，它通过提出一个基于开源 Linux平台，希望改变车载信息娱乐软件的开发和使用方式[9、10]。关于GENIVI我们在后面有关汽车电子的嵌入式OS文章中还会谈到。

参考资料：
[1]何小庆，Linux和Android：哪个是你下一个设计的正确选择？https://www.eefocus.com/allenhe/blog/13-03/292378_84176.html
[2] https://www.mvista.com/
[3] https://www.rtems.net/Documnet/eCosIntro.htm  eCos 简介
[4]Anthony Massa 著 颜若麟等译《嵌入式可配置实时操作系统eCos软件开发》北京航空航天大学出版社。
[5]Colin Wall 著 何小庆等译《嵌入式软件开发精解》机械工业出版社
[6]https://www.rtems.org/
[7]https://www.toppers.jp/cn/index.html
[8] https://www.linaro.org/
[9] https://www.genivi.org/
[10] 明导：GENIVI联盟保持开源车载信息娱乐开发的领导地位https://www.prnasia.com/story/archive/prna_086_1306316_1

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