開源依然是主流
十大趨勢中有三個趨勢都是與開源軟件有關(guān)。根據(jù)www.embeddforecast.com的報告Android在嵌入式OS市場份額只要9.4%，到2010年已經(jīng)增加到19.2%，Android一躍成為除了內(nèi)部開發(fā)的以外最主要的嵌入式OS。Android在嵌入式市場日漸紅火有兩個原因：第一廣泛的硬件平臺和設(shè)備支持，比如Audio、Bluetooth、Camera、GPS、GUI Radio、WiFi等，包括高通、TI、飛思卡爾等半導(dǎo)體公司都投入大量資源開發(fā)基于本公司芯片Android系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)的嵌入式OS（包括嵌入式Linux）開發(fā)，用戶在硬件層的工作量大大減少。第二Android的生態(tài)環(huán)境日趨完善。市場上已經(jīng)有大量軟件支持Android軟硬件系統(tǒng)和第三方機(jī)構(gòu)，這樣基于Android的嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)的時間將大大縮短，因?yàn)樨S富的第三方資源，未來系統(tǒng)功能的增加也相對的容易。
圖2 UBM 2013嵌入式市場研究（左圖是現(xiàn)在右圖是未來1年嵌入式OS選擇）
FreeRTOS超過Vxworks、Windows Embedded和uC/OS成為最主要的RTOS也是預(yù)料之中的事情，這個結(jié)果與UBM 2103的嵌入式市場研究報告的結(jié)果基本一致，如圖2。FreeRTOS軟件的開發(fā)始于2002年，是一個針對MCU的標(biāo)準(zhǔn)交叉開發(fā)平臺，已經(jīng)移植到了27個MCU核上，可以支持17種工具鏈。FreeRTOS項(xiàng)目是由Real Time Engineers Ltd 擁有、運(yùn)行和維護(hù)。創(chuàng)始人Richard Barry 同時還參加基于FreeRTOS技術(shù)、面向安全和關(guān)鍵應(yīng)用的軟件-SafeRTOS開發(fā)。
FreeRTOS是一個緊湊的實(shí)時內(nèi)核，具備RTOS基本功能，占用存儲器也比較少。（但沒有內(nèi)存分配功能），內(nèi)核調(diào)試可以借助第三方-Percepio的嵌入式OS跟蹤工具Tracealyzer。FreeRTOS 最近幾年得到了不少M(fèi)CU 公司的支持，比如ST最新推出的STM32Cube固件庫使用的就是FreeRTOS，Internich TCP／IP 基本配置就是FreeRTOS ，IAR公司EWARM 工程中有 FreeRTOS的例子，F(xiàn)reeRTOS影響力日漸增加。
FreeRTOS遵循GPL的軟件授權(quán)協(xié)議，商業(yè)用戶亦可購買商業(yè)授權(quán)獲得其私有的授權(quán)協(xié)議，購買商業(yè)授權(quán)的好處是：任何基于FreeRTOS修改和相關(guān)的用戶代碼均可以不公開，這也就是我們通常所說的雙授權(quán)協(xié)議。如果你采用開源授權(quán)，你就必須要把FreeRTOS內(nèi)核相關(guān)修改貢獻(xiàn)出來。如果你是商業(yè)產(chǎn)品，希望保留這些修改成為自己的企業(yè)商業(yè)機(jī)密，那么就購買商業(yè)授權(quán)吧。
相比uC/OS-II/III，F(xiàn)reeRTOS在內(nèi)核、中間件和可靠性認(rèn)證等方面還有不小的差距。比如物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用必須的TCP/IP協(xié)議，F(xiàn)reeRTOS還必須依賴LWIP開源項(xiàng)目，F(xiàn)reeRTOS不支持MPU，也沒有自己的中間件模塊。在圖書和開發(fā)者普及度方面，Richard Barry寫了一本書，《使用FreeRTOS實(shí)時內(nèi)核：實(shí)用指南》，國內(nèi)的網(wǎng)友有翻譯成中文電子版本，最近幾年國內(nèi)的嵌入式軟件開發(fā)圖書中也有章節(jié)對FreeRTOS做了介紹，比如李志明著機(jī)械工業(yè)社出版的《STM32嵌入式系統(tǒng)開發(fā)實(shí)戰(zhàn)指南》，但比較uC/OS-II/III圖書和開發(fā)者普及度FreeRTOS還要走很長一段路。筆者相信借助開源的優(yōu)勢，假以時日FreeRTOS發(fā)展前景令人期待。
嵌入式多核應(yīng)用仍有難點(diǎn)
十大趨勢中的“多核處理技術(shù)成為主流，F(xiàn)PGA開始走下坡，虛擬化陷入低潮”的三種說法與嵌入式多核應(yīng)用有一定的關(guān)系。從計(jì)算機(jī)發(fā)展的角度看，多處理器和多核技術(shù)成為主流這無疑成為事實(shí)，它能夠解決摩爾定律發(fā)展到今天處理器的高性能與低功耗的矛盾。多核的處理器已經(jīng)在高端嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用中廣泛采用，比如移動多媒體設(shè)備和通信設(shè)備，代表性的通用芯片產(chǎn)品有飛思卡爾QorIo和TI OMAP系列。FPGA公司Xilinx和Altera也推出多核可編程SoCZynq和Altera SoC FPGA。不同于PC環(huán)境大量使用的虛擬化技術(shù)－VmWare和VirtualBox，嵌入式系統(tǒng)的需求復(fù)雜且不統(tǒng)一，多核處理器在每一種嵌入式系統(tǒng)中配置和部署都會不一樣，傳統(tǒng)的虛擬化技術(shù)很難滿足這些需求。
風(fēng)河、ENEA和MentorGraphic這三家嵌入式OS公司針對嵌入式多核應(yīng)用推出各自的虛擬化解決方案，圖3是Mentor Graphic異構(gòu)多核軟件解決方案，它是對目前商業(yè)嵌入式多核軟件傳統(tǒng)的SMP/AMP解決方案的擴(kuò)展，可以支持組合了多微處理器核和多微控制器核的SoC，比如TI OMAP5。Mentor的虛擬化（hypervisor）設(shè)計(jì)更加靈活和高效，在支持ARM TrustZone和OS引導(dǎo)管理方式等方面有一定特色，但是就筆者了解目前的客戶并不多。
對于基于多核的可編程SoC開發(fā)，筆者了解到包括兩個Cortex A9 的ZynqSoC在多核軟件上雖有幾種可以演示的方案，比如RT-thread的雙OS（一個Linux和一個RT-thread）方案，但是實(shí)際基于多核的應(yīng)用并不多，許多解決方案其實(shí)只是使用了一個內(nèi)核，這難免有些尷尬。嵌入式系統(tǒng)的多樣性和復(fù)雜性讓多核的應(yīng)用變得更加困難，多核的軟件開發(fā)工具和OS研究，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于硬件技術(shù)的發(fā)展，軟件開發(fā)難度太大讓嵌入式多核應(yīng)用發(fā)展變得非常緩慢，這也是2015年嵌入式技術(shù)發(fā)展面臨的一個挑戰(zhàn)。
圖3 Mentor Graphic多核OS方案
總結(jié)
嵌入式技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)、工業(yè)4.0和智能化發(fā)展的重要基礎(chǔ)，嵌入式技術(shù)也在互聯(lián)和智能的大潮中演進(jìn)和發(fā)展，嵌入式技術(shù)已經(jīng)滲透到集成電路、通信、軟件和云計(jì)算等技術(shù)領(lǐng)域。關(guān)注嵌入式技術(shù)發(fā)展，在新產(chǎn)品和系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用嵌入式新技術(shù)，既可以推動創(chuàng)新和產(chǎn)品升級換代，也利于中國企業(yè)從制造到創(chuàng)造，從工業(yè)化到智能化的蛻變。
