如何選擇適合當前項目的嵌入式操作系統

周立功

(廣州致遠電子有限公司,廣州510660)

過去,由于認識上的局限性和實踐經驗的不足,對如何選用合適的操作系統我們走過很多彎路。為了滿足客戶的需求,我們大批量地使用了正版μ C/OS-II、WinCE、VxWorks、MontaVista Realtime Linux以及開源的嵌入式Linux操作系統。在基于成本核算的項目管理過程中,我們領略了各種操作系統的優劣。

對于初學者來說,到底學習哪一種操作系統比較好呢?這要看你的條件和興趣了,因此不能一概而論。本文從技術經濟的角度出發,將我們的經驗奉獻給大家。本文僅一家之言,不一定適合所有的行業,希望讀者尋求各方面專家的幫助。

1 能滿足大多數項目需求的μ C/OS-ⅠⅠ

μ C/OS-II最大的應用價值就是簡潔與實用。當一個系統選用μ C/OS-II時,最多只需要2 MB的NOR Flash,2 MB的SDRAM或最多8 MB的SDRAM,因此整個系統的硬件成本是最低的。但很多人卻看不起這個小玩意兒,片面地認為它沒有什么價值,而事實上μ C/OS-II能滿足很多項目的需求。最近它又推出了新的版本,命名為μ C/OS-III,其新的一些特性是:搶占式多任務,在同一優先級支持任務的輪詢調度,沒有任務數的限制,內核提供豐富的服務(信號量、互斥信號燈、優先級繼承、事件標志、消息隊列、定時器、固定大小的內存塊管理,以及內置性能測量)。

如果將它移植到ARM9,會發現它的啟動速度是最快的,甚至只需要1 s。當開發基于GUI的產品時,最終的效果可以與其他的操作系統媲美。雖然市場也有免費移植μ C/OS-II到ARM9的范例,但普遍都不完整,因此顯示不出μ C/OS-II的威力,其實只要支持MM U即可。但也有很多人根本沒有嘗試過,或者根本沒有這種意愿,就主觀臆斷下結論,一棍子將μ C/OS-II打死。一些開發人員常常只選自己會的而不選對的,而且思想非常頑固。我們在過去的開發生涯中,也犯過各種類似的錯誤。

是不是只要選擇μ C/OS-II就一勞永逸了呢?當然不是。雖然它能夠滿足很多產品對CF卡、SD卡、TCP/IP以太網、CAN-bus/CANopen/DeviceNet/J1939現場總線、GUI圖形用戶界面、RS232、RS485等多方面的需求,但它還是有一定的局限性。如果需要支持Wi-Fi等更多的協議軟件時,那就非常麻煩了。但還是有一些人要反駁我們:μ C/OS-II要收費不劃算。事實上只要粗略地計算一下開發成本,其結論自然也就一目了然了。很多人常常不將開發人員的工資和上市時間計算在開發成本之內。

2 資源豐富、具有完美繼承性的WinCE

如果一次購買超過3 000個授權,價格還是很便宜的,是很多用戶都能夠承受的。由于WinCE與Windows一脈相承,且使用同樣的開發工具,那么對于熟練掌握Windows編程的軟件開發人員來說也就非常方便了,所以很多客戶還是選擇WinCE。如果項目中還需要用到GUI或具有更加復雜的功能,那么WinCE可以說是最佳的選擇,這是WinCE最明顯的優勢之一。

如果無論開發什么產品都選擇WinCE的話,肯定是不劃算的。比如選用μ C/OS-II就可以實現的項目,如果因為開發人員的喜好而選用WinCE,至少需要2片32 MB的SDRAM,1片 2 MB的 NOR Flash,以及 128 MB的NAND Flash(存儲容量小的工業級NAND Flash越來越難購買),可想而知其硬件成本還是非常高的。而很多工程師在開發用于工業級場合使用的產品中,選用商業級存儲器以求降低成本,勢必影響產品的質量和企業長遠的品牌利益。

3 高貴、實時、穩定的VxWorks

VxWorks最大的應用價值是實時性和穩定性。由于VxWorks先天性的口碑傳播和用于航空航天的成功案例,如果系統使用了VxWorks,用戶對產品的信任度立即凸顯。根據我們的經驗,如果一次性購買的授權數量適當大一些,其價格是很多企業完全能夠接受的。最終用戶一定會驚訝得不可思議,在計算成本時甚至可以忽略不計。

雖然原廠需要收至少47 250美元的年費,但可以得到所有豐富的源代碼,并使用于任何CPU微處理器。如果只選用某一系列處理器或不需要升級源代碼,那么以后每年的費用則是可以節省的,只要支付每個產品的授權費用即可。如果不需要源代碼,那么所要支付的年費將會更加便宜。

4 開源、自由的嵌入式Linux

嵌入式Linux最大的應用價值是開源。如果需要支持Wi-Fi的話,那么嵌入式 Linux是很好的選擇之一,搭配QT開發GUI人機界面也是非常不錯的。但很多人選擇嵌入式Linux的出發點是免費,這是絕對錯誤的。很多企業長期采取放羊式的產品開發方法,即便一些企業實施了項目管理,但對于成本核算還是缺乏參照物,幾乎沒有購買商業化操作系統開發產品的經驗,從而忽略了開發人員的高工資開支。

從我們使用的情況來看,嵌入式Linux的內核是比較穩定的,而相對VxWorks、WinCE來說卻是最貴的。但為什么我們還是要推薦選用嵌入式Linux呢?首先Linux是支持新微處理器、新驅動軟件和新協議軟件最多、速度最快的平臺,比如最近發布的 USB 3.0驅動軟件。由于其最大的好處就是開源,所以我們可以根據需要而任意裁剪。即便某些驅動不穩定,但有源代碼有能力的用戶也可以任意修改。所以,嵌入式Linux最大的應用價值不是免費。隨著Linux技術與時俱進式的發展,嵌入式Linux技術將會越來越完善。因為嵌入式Linux存在的價值,將時刻提醒壟斷性商業軟件回歸大眾化的價格,市場勢必呈現按需配置的多元化用戶自由選擇的新時代。

事實上,我們聽到的、感受到的和所接觸到的很多嵌入式Linux開發工程師都是非常優秀的人才,他們的成功案例激發了人們投入使用開源嵌入式Linux的決心。但在學習和應用嵌入式Linux的過程中,目前大多數人還是停留在了解內核原理,會寫會修改驅動程序的層面,而對如何開發出一個穩定的基于嵌入式Linux的產品,還是缺乏必要的能力。往往開發出來的軟件不是“一勞永逸”,而是“一逸永勞”,無論是軟件架構還是模塊化都不盡人意。因此,要想成為優秀的嵌入式Linux開發人員,一定要繼承基于Windows平臺軟件的優秀技術成果,最好有一些通用軟件的開發經驗作為基礎。因為在嵌入式Linux軟件的技術發展和積累過程中,有關基于嵌入式Linux軟件架構、測試用例等軟件工程技術相應的參考資料還是比較缺乏的,所以兼容并蓄地吸收基于Windows軟件平臺的開發方法還是非常有必要的。但很多人卻缺乏這種意識,所以在開發產品的過程中,常常會出現“跑起來很興奮,但要穩定卻需費很大的勁”。

隨著開發工具的發展和創新,嵌入式Linux的開發難度將會極度地降低,我們將推出基于Windows環境嵌入式Linux的TKStudio集成開發平臺,能夠非常方便地實現嵌入式Linux內核、驅動程序與應用層軟件的調試。

5 閑談GUⅠ的開發經驗

我們不僅使用過 WinCE、μ C/GUI,而且還使用過QT,總體來說感覺都是非常不錯的。要想產品賣得好,GUI圖形用戶界面是至關重要的,并且要求承擔設計的美工必須對用戶心理學、色彩心理學、人機工程學必須有深入的研究,最好具有工業設計經驗。因為這不是技術活而是藝術,所以一定要有天賦和靈氣。

GUI中用到的圖片,其實是非常講究的。一般公司開發的軟件中所使用的圖片都是軟件工程師自己畫的,稍微大一些的軟件公司雖然配備了專業的美工,但其圖片質量確實也不敢恭維。為什么會出現這樣糟糕的情況呢?首先,我們傳統的產品開發思路,無論做什么都不注重細節,自己做得不好還非常有理,因為別人也是這樣的。其次,我們的習慣性思維是喜歡從頭到尾自己掌控,只要給別人付費就不愿意,連非常有價值的商業化操作系統都不愿意支付權利金,所以也就更加不愿意花錢購買國外的專業圖庫了。

而我們的做法是向世界級的第一流企業購買成熟的知識產權,然后投入人力資源開發買不到的技術,全力以赴支持技術創新,最終轉化為有競爭力產品。過去我們也開發過很多似乎領先的技術,但最后卻付出了比購買技術還要大得多的代價。很多時候購買一項技術從談判到消化只需要2個月,并且與世界先進技術水平同步;而自己開發卻需要一年以上,后期的維護費用不少,而且技術水平一般。有時等自己開發出來時又落后一大截了,這樣的自主創新事實上毫無價值。

6 技術的價值體現

事實上技術的壁壘不在于基礎技術本身,每個人實際的競爭在于行業經驗的積累,所以不要迷信學什么最容易賺錢,最容易就業之類騙人的鬼話。即便當前容易,那也是暫時的。在80C51單片機開始流行的初級階段,如果會用C51語言開發產品,看起來比使用匯編語言顯得水平要高一些;前幾年如果會用ARM開發產品,看起來似乎又上了一個臺階;再后來如果掌握了嵌入式 Linux,看起來好象更上一層樓了。

而現實的情況是很多工程師至今仍然還在使用變種的80C51單片機開發產品,產品的市場占有率和開發人員的價值依然堅挺。對于這種現象我們熟視無睹,所以即便有了很好的基礎技術,未必就能夠創造令人滿意的價值。我們自創業以來,開發了穩定性高的CAN-bus現場總線系列工控產品,一直以來口碑非常好。但當客戶加上與行業有關的軟件之后,其售價立即上升10倍,這才是真正的價值體現。

6年前我們推出了第一臺LA1032邏輯分析儀時,只能賣2 800元。2009年推出LAB6000系列高性能邏輯分析儀時,售價則為16 800～29 800元。原因何在?新一代邏輯分析儀是面向終端用戶的高附加值儀器,其購買對象為開發高技術含量產品、注重技術發展的有潛力的高端用戶,能夠實實在在地幫助客戶解決實際的難題并創造價值。