嵌入式实时操作系统的现状和未来

内容摘要：从RTOS（嵌入式实时操作系统）发展的历史、RTOS市场和技术发展的变化、RTOS的未来及RTOS在中国几个方面，给出RTOS的现状、未来发展方向及RTOS的应用领域：系统级、板级、SOC级。

　　随着互联网应用的迅速发展，嵌入式微处理器的应用日益广泛，无处不在，从波音飞机到移动电话，都有嵌入式微处理器的存在。在嵌入式微处理器的应用开发中，嵌入式实时操作系统（简称RTOS）是核心软件，就像我们日常所用计算机的桌面系统中，微软公司的Windows 98一样重要。RTOS 已经在全球形成了1个产业，据美国EMF(电子市场分析)报告，1999年全球RTOS市场产值达3.6亿美圆，而相关的整个嵌入式开发工具（包括仿真器、逻辑分析仪、软件编译器和调试器）则高达9亿美圆。

　　一、 RTOS发展历史
　　
　　从1981年Ready System发展了世界上第1个商业嵌入式实时内核（VRTX32），到今天已经有近20年的历史。20世纪80年代的产品还只支持一些16位的微处理器，如68k,8086等。这时候的RTOS还只有内核，以销售二进制代码为主。当时的产品除VRTX外，还有IPI公司的MTOS和80年代末ISI公司的PSOS。产品主要用于军事和电信设备。进入20世纪90年代，现代操作系统的设计思想，如微内核设计技术和模块化设计思想，开始渗入RTOS领域。老牌的RTOS厂家如Ready System（在1995年与Microtec Research合并），也推出新一代的 VRTXsa实时内核，新一代的RTOS厂家Windriver推出了Vxwork。另外在这个时期，各家公司都有力求摆脱完全依赖第三方工具的制约，而通过自己收购、授权或使用免费工具链的方式，组成1套完整的开发环境。例如，ISI公司的Prismt、著名的Tornado(Windriver)和老牌的Spectra(VRTX开发系统)等。
　　
　　进入20世纪90年代中期，互联网之风在北美日渐风行。网络设备制造商、终端产品制造商都要求RTOS有网络和图形界面的功能。为了方便使用大量现存的软件代码，他们希望RTOS厂家都支持标准的API，如POSIX， Win32等，并希望RTOS的开发环境与他们已经熟悉的UNIX，Windows一致。这个时期代表性的产品有Vxwork，QNX, Lynx和WinCE等。

　　二、 RTOS市场和技术发展的变化
　　
　　可以看出，进入20世纪90年代后，RTOS在嵌入式系统设计中的主导地位已经确定，越来越多的工程师使用RTOS，更多的新用户愿意选择购买而不是自己开发。我们注意到，RTOS的技术发展有以下一些变化：
　　
　　1． 因为新的处理器越来越多，RTOS自身结构的设计更易于移植，以便在短时间内支持更多种微处理器。

　　2．开放源码之风已波及RTOS厂家。数量相当多的RTOS厂家出售RTOS时，就附加了源程序代码并含生产版税。

　　3． 后PC时代更多的产品使用RTOS，它们对实时性要求并不高，如手持设备等。微软公司的WinCE,Plam OS, Java OS等ＲＴＯＳ产品就是顺应这些应用而开发出来的。

　　4． 电信设备、控制系统要求的高可靠性，对ＲＴＯＳ提出了新的要求。瑞典Enea公司的ＯＳＥ和WindRiver 新推出的Vxwork ＡＥ对支持ＨＡ（高可用性）和热切换等特点都下了一番功夫。

　　5． Windriver收购了ＩＳＩ，在RTOS市场形成了相当程度的垄断，但是由于Windriver决定放弃　PSOS，转为开发Vxwork与PSOS合二为一版本，这便使得PSOS用户再一次走到重新选择RTOS的路口，给了其他RTOS厂家1次机会。

　　6． 嵌入式Linux已经在消费电子设备中得到应用。韩国和日本的一些企业都推出了基于嵌入式Linux的手持设备。嵌入式Linux得到了相当广泛的半导体厂商的支持和投资，如Intel和 Motorola。

　　三、 RTOS的未来

　　未来RTOS的应用可能划分为3个不同的领域：
　　
　　1． 系统级：指RTOS运行在1个小型的计算机系统中完成实时的控制作用。这个领域将主要是微软与Sun竞争之地，传统上Unix在这里占有绝对优势。Sun通过收购，让他的Solaris与 Chrous os（原欧洲的1种RTOS）结合，微软力推NT的嵌入式版本"Embedded NT"。此外，嵌入式Linux将依托源程序码开放和软件资源丰富的优势，进入系统级RTOS的市场。

　　2． 板级：传统的RTOS的主要市场。如Vxwork, PSOS, QNX, Lynx和VRTX的应用将主要集中在航空航天、电话电讯等设备上。

　　3． SOC级（即片上系统）：新一代RTOS的领域：主要应用在消费电子、互联网络和手持设备等产品上。代表的产品有Symbian 的Epoc、ATI 的Nucleus, Express logic 的Threadx。老牌的RTOS厂家的产品VRTX和Vxwork 也很注意这个市场。
　　
　　从某种程度讲，不会出现1个标准的RTOS（像微软的Windows在桌面系统中的地位一样），因为嵌入式应用本身就极具多样性。在某个时间段以及某种行业，会出现1种绝对领导地位的RTOS，比如今天在宽带的数据通信设备中的Vxwork和在亚洲手持设备市场上的WinCE就是一例子。但是，这种垄断地位也并不是牢不可破的，因为在某种程度上用户和合作伙伴更愿意去培养1个新的竞争对手。比如，Intel投资的Montivista和Motorola投资的Lineo，这两家嵌入式Linux系统，就是说明半导体厂商更愿意看到1个经济适用的、开放的RTOS环境。

　　四、 RTOS在中国
　　
　　中国将是世界上最大的RTOS市场之一。因为中国有着世界上最大的电信市场。据信息产业部预计，在未来2~3年内，中国将是世界上最大的手机市场（每1部手机都在运行1个RTOS）。

　　这样庞大的电信市场就会孕育着大量的电信设备制造商，这就造就了大量的RTOS和开发工具市场机会。目前，中国的绝大多数设备制造商在采用RTOS时，首先考虑的还是国外产品。

　　目前，在中国市场上流行的RTOS主要有Vxwork, PSOS, VRTX, Nucleus，QNX和WinCE等。由于多数RTOS是嵌入在设备的控制器上，所以多数用户并不愿意冒风险尝试1种新的RTOS。
　　
　　但是我们同时也注意到，目前 RTOS在中国市场的销售额还很小，这主要是2个原因：
　　
　　1．中国设备制造商的规模普遍还无法与国外公司相比，开发和人员费用相对还较高，所以RTOS对于中国用户来讲是比较贵的。

　　2．多数国内用户还没有开始购买RTOS的版税，其主要原因有：产品未能按计划批量生产，没有交版税的意识。应该注意，大多数二进制的RTOS必须在产品量产时交版税，或者按数量买或者与厂家讨论一次性买断，而由厂家直接发给你授权协议书。据国外某家RTOS厂家称，他们年收入的30%来自版税。
　　
　　在过去的几年中，国家研究机构和企业，已经在开发自有知识产权的RTOS或在开放源码的Linux基础上发展自己的嵌人式Linux版本。国产RTOS的市场主要集中在消费电子方面，因为这里有许多国外RTOS不能适应的部分，如中文处理。目前主要产品有：中科院系统的 "女娲"，英文 是"Hopen"；北京科银京成(原电子科大)的δ OS（原名是CRTOS）;中科院红旗Linux；深圳蓝点Linux。可以肯定地讲，目前这些RTOS市场占有率还很低，多数公司还是依靠政策支持、国内投资、海外上市等支持公司庞大的开发投入，真正的市场回报还只是杯水车薪。如何长期良性循环发展下去将是1个重要的题目。对于这些厂家而言，如果深入到某种特定的应用产品开发，如机顶盒，那将可能会等到一两家用户的支持，而同时将会失去更多的用户。因为用户之间有很强烈的竞争性，他们并不想让供应商参与他们的产品开发的全过程。
　　
　　如何开发出1种通用的RTOS，使得用户易于使用，方便地裁剪到某系统中去，国外商用RTOS已经很好地解决了这个问题。中国人设计的RTOS应更多地适于中国的国情，除了中文处理，中国有着广泛的单片机的应用基础。开发设计1种简单、易用的RTOS开发环境，以中国人可以接受的价格和更为务实的技术支持手段推出，也许可以找到1种正常的市场回报途径。

　　RTOS产业是1个循序渐进的产业，任何急功近利的做法都将导致功亏一篑。用户熟悉1种RTOS需要1个相当的过程和厂家的支持，同时用户也不愿意轻易放弃1种RTOS。我们相信中国人自己开发设计的RTOS一定会得到国人的认可，有着无限光明的前途。