2004年很快就过去了，回顾电子业的表现虽然不如预期，然而，至少一些产业发展的趋势已更为明确。 PC的光彩已褪色，继之而起的焦点是数位消费性电子（Digital Consumer，DC），而这个领域因为具有少量、多样和低价的特性，因此并未创造出取代PC的明星产业，但在个别市场的成长表现仍相当亮丽，如手机、DVD、LCD等。若从技术的角度来看，由于这些产品都具有其专属规格，因此都属于嵌入式系统（Embedded System）的设计领域。

其实嵌入式系统的发展历史已超过四十年，是比PC还要资深的产业，不论是家电、汽车电子或通讯电子，都算是这个产业的一部分。由于它的渊远流长，过去曾被视为是块已相对成熟和保守的市场，然而，随着有线与无线网路的出现与蓬勃发展，再加上半导体制程和晶片设计技术上的突破，让这个产业再度成为聚光灯下的焦点。

目前备受瞩目的一个愿景，即是所谓的「泛在/普及运算」​​（Ubiquitous/Pervasive Computing），也就是不论在屋内、办公场所、交通工具和我们的身上，都围绕着一些具有运算智慧的电子设备，这些设备还要能和网路连结，并且能够彼此交换讯息与自我调节。被具有运算能力的电子设备所包围的情况已经相当普遍，但它们的网路连结功能还很欠缺，而连结后的应用功能更存有很大的想像空间。这些，都是嵌入式系统将面对的挑战，也是契机。

嵌入式系统更仰赖软体

在嵌入式的世界中，若想要获得更佳、更炫的功能，或是降低设计成本，过去设计师所想到的不二法门，总是寻求新一代的硬体技术，如更高阶的制程，或采用专属的特殊应用积体电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）设计；对嵌入式软体的要求相对来说简单许多，往往只为硬体效能的最佳化和内存占位（memory footprint）的最小化而设计，以VRTX或PSOS这些嵌入式作业系统来说，它们的核心都很小。

然而，随着高阶制程的开发成本愈来愈昂贵，加上消费性电子的生命周期短、应用功能变化大，设计者开始更仰赖嵌入式软体，它甚至成为主导开发成本和时程的关键。有研究报告指出，目前工程师花在软体与整合上面的工夫平均就占了产品研发工作的63%，而嵌入式产业最欠缺的人才，就是了解硬体的软体工程师。

嵌入式软体大厂Wind River亚太区资深总监Namiq Kunimoto即表示，2004年以前，嵌入式系统的市场规模为美金7亿5000万元，但从2004年以后，由于智慧型与连线设备软体的市场不断演变，制造商需要仰赖软体开发以突显产品特色，因此设备软体市场会出现结构性的转变，除了作业系统，该市场将扩大涵盖中介软体及开发套件等各领域，预估到了2006年时整体市场规模将达30亿美元。

Linux为最佳选择

什么样的软体才能符合今日嵌入式世界的需求呢？设计师已发现，若要像从前一样，每设计一个新产品就得从头开发一套软体的作法，太耗日费时了；因此，他们要求嵌入式软体能有更高的重覆使用性，而且尽量采用现存的软体来建置系统。

Linux的出现，适时的打破了被各式各样专有嵌入式作业系统核心给分割、掌控的局面。 Linux对于这个世界的意义在于它首度提供了一个可能性，也就是客户可以选择不同供应商的开放平台，而且有取之不尽的软体，也有硬体支援。

Linux能提供专有嵌入式作业系统所没有的许多好处。对开发者最大的吸引力就是他们能够免费取得原始码，而且当他们要将Linux用到自己的产品当中时，也不需要支付版权费。此外，在Linux的开放社群中，有着许多不断成长的软体资源；这些有的是开放源码，有的是有版权的产品，但它们都能在Linux下运作。善用它们，工程师就能大大地降低软体开发上的成本。

就在多数人对Linux的印象仍停留在它与微软在伺服器与桌上型市场的对抗时，其实Linux近几年来在嵌入式系统市场的地位已经稳固，已从试用、早期接受的状态上升到主流的位置。目前已有愈来愈多基于Linux的消费和通讯产品开始上市，多数设备厂商已将Linux视为目前或未来产品开发的一种基本选择。

资策会市场情报中心（MIC）的资料也指出，2004年数位机上盒(setup box)采用Linux的机种比例超过10%，而大陆代工的Linux-based智慧型手机也将陆续开始出货，预估自由软体应用在嵌入式硬体的产值，将有超过两倍的成长。另外，Linux也被广泛用于消费性家电，以及数位家庭概念产品，如家用网路设备、闸道器或连网家电等等。

商用嵌入式Linux为开发助力

为了因应市场快速变化的脚步，嵌入式产业已处在转型的关键时刻，而可以预见的转变是向资讯产业的发展模式靠拢，也就是采用较少样的硬体及软体，包括晶片组、作业系统、从头到尾的单一化开发套件和商业化的中介软体。

在这样的趋势下，商业化的嵌入式Linux具有极大的卖点。对于设备制造商来说，自行开发专有Linux是旷日废时的事，因为一个嵌入式Linux产品的开发需要经过几个阶段，如(图一)，包括为目标板配置和建构基本Linux OS ；除错应用程式、库、核心及设备驱动程式/核心模组；出货前最终方案的最佳化、测试和验证等。

《图一 嵌入式Linux产品的开发步骤》

目前已有数百种开放原始码的开发工具可供选择，只要开发者愿意花时间和精力去调查、实施和维护一系列各不相同的工具，也就是采取所谓的「用户自主开发」（Roll -your-own）方式，总能找出一个完整的解决方案，完成几乎任何开发任务。不过，借助商业化Linux平台和解决方案，无疑是最快的途径，让他们不需要再为那3千多万行Linux作业系统程式码而伤脑筋，进而可以集中心力用在产品差异化功能的开发上。

在嵌入式商用Linux方面较知名的厂商为MontaVista、Metrowerks、LynuxWork（BlueCat）、RedSonic（RedICE Linux）和TimeSys等，而在伺服器Linux市场的大厂Red Hat，在2004年初也宣布与Wind River合作，再次进军嵌入式市场（之前曾投入此市场一次，​​不过很快就宣布退出了）。

Wind River和Red Hat的组合，能将Wind River在嵌入系统界的领导地位与Red Hat在开放原始码界的优势联合在一起，看来是不错的策略。而这两家公司在这个时间点转向投入嵌入式Linux的合作上，正是看到来自消费、通讯、网路等领域对嵌入式系统的庞大需求，以及感受到Linux迅速成长的市场动力。

对于进入此领域已有多年的MontaVista等开发商来说，“Wind River-Red Hat”的进场竞争虽有一定的威胁，不过，毕竟这个市场很大，而且他们已在嵌入式领域投下不少工夫，具有自己的独到之处。此外，他们也已认识到，Linux真正利润的获取不在销售中，而是在其周围的工具和服务中。

嵌入式Linux的发展课题

要让嵌入式领域更能接受Linux，眼前还有一些课题需突破。根据2004年上半年Venture Development公司的一份报告，工程师们认为在即时性上的限制是阻碍Linux得到更广泛应用的最重要因素。

RTOS性能的提升

对于很多的嵌入式系统来说，即时作业系统（Real-time OS，RTOS）是不可或缺的。以一个MPEG影像的播放功能来说，如果采用一般的作业系统来播放，可能会出现让用户难以接受的高丢失讯框率；但若使用RTOS，系统设计工程师就能准确地控制软体过程的执行程序，让播放品质能得到保证。

在嵌入式系统中，这类对立即反应的应用需求相当普遍，也是VxWorks、pSOS、Nucleus和iTRON等即时作业系统受到业界肯定和重视的原因。因此，Linux要能更多的开发者转移过来，就得提供支援开发人员及时执行各种重要任务的优良RTOS。

在嵌入式应用程式的设计中，可分为即时性能与固有的非即时性能两个部分(表一)、(图二)，而在即时性能上，还进一步分为软即时（soft real-time ）性能与硬即时（hard real-time）性能。虽然没有严格的定义，硬即时性能一般是指系统每一次都可满足规定时序要求的能力，大多数这样的系统提供几毫秒或更短的响应时间；另一方面，软即时系统能满足大部份，但不能满足全部的时序要求。

《图二 嵌入式系统运作架构》

资料来源：EETimes

在开放原始码团体所发布的Linux 2.6最新版本中，已提供了一些有限形式的即时性能。但要做到要求严格的硬即时性能，以顺利执行周期性任务、处理中断并与I/O设备驱动程式通讯，以采集或输出类比和数位资讯等关键任务，Linux仍有一段发展的路要走。目前已小有成就的是MontaVista，该公司已发布了硬即时Linux核心的参考建置方案，计画在2005年初发布一款以即时核心​​为主的产品，并设想将它应用在双处理器智慧手机和单处理器低阶手机上头。

安全性的强化

由于嵌入式设备开始与网路连结，这除了带来便利，同时也引发和个人电脑连网相同的问题，也就是极可能遭受攻击，或被入侵系统。因此，嵌入式系统的安全性也成了关键性的议题。

目前设备商开始要求作业系统能能满足由CC EAL-7定义的严格的多层安全（Multi-level Secure）需求，Linux在这方面显然还有许多需要加强的地方。新的典范作法是建置开放标准式的安全架构，取代过去另人费解的安全作法，美国国家安全局（National Security Agency，NSA）即提出了一个多重独立层安全（Multiple Independent Level Security，MILS）架构，在这个架构中，除了必须要的安全功能外，其他都移出核心外。整个架构基于一个很小的分割核心（Partitioning Kernel，PK），此PK位于系统的最底层，而这一层是唯一被允许采用私有核心模式的软体部分。

此外，LynuxWorks公司也开发出一个符合CC EAL-7安全性的独立核心，让它能做到最高的安全性。这个独立核心可以保证包括Linux和其他开放标准式的软体，都能在其上运作，而且是在它自己的安全分割下，又符合EAL-7的无漏洞系统环境。最重要的是，有了这样的安全核心，现今使用的嵌入式软体工具和应用软体，都能很容易的被安置在一个EAL-7的Linux安全环境中。

标准组织的推展

在标准组织方面，为了扩展Linux在消费电子产品中的应用，已有多个国际性的组织陆续成立，并已提出相关的规格标准。

国际性标准组织

嵌入式Linux联盟（ELC）

较早也较具影响力的组织是由Red Hat、IBM和MontaVista等公司所成立的嵌入式Linux联盟（Embedded Linux Consortium，ELC）。 ELC在2002年年底即发布了ELC品规范版本1.0（ELCPS）。 ELCPS是力求定义和归类一些标准的嵌入式系统APIs的一个尝试，若能够被广泛地采纳，各种软体元件都可以运行于不同的嵌入式Linux版本。例如，一个企业先利用了A厂商的嵌入式Linux系统为其网路路由器开发了软体，以后新增的路由器又采用了B厂商的嵌入式Linux系统，那么先开发的软体可以顺利地移植到新的系统中。

ELCPS是建立在一些现成的标准之上，包括提高标准Linux发布的相容性的Linux Standard Base（LSB）、简单的UNIX规范Single UNIX specification和IEEE POSIX 1003.1.2001。

消费性电子Linux论坛（CELF）

另一个具份量的组织是消费性电子Linux论坛（Consumer Electronic Linux Forum，CELF），它在2003 年 6 月 24 日正式成立。此论坛的成员包括日立、NEC、松下、飞利浦、三星、夏普、Sony、东芝，以及50多家其他的公司，并已在2004年中发表了第一个CELF规范和作为Linux开放源码修补程式的实施参考手册。

在这份手册中，CELF的一些工作小组提出了一些修补程式，可用来让消费电子产品能更快的启动和关闭Linux作业系统，并减少耗能和所需的记忆体容量，进而让开发者能更快、更容易的研制产品，并及早推出市场。此外，各种产品之间也能更容易相互沟通协作。

日本EMBLIX联盟

在日本方面，也有由Centura软体公司带头成立的EMBLIX嵌入式Linux联盟。该组织以将嵌入式Linux发展成新的国际标准为目标，因而致力将其周边技术如软体元件、工具和API等标准化。此外，该联盟也与海外嵌入式Linux联盟和日本相关组织之间的积极进行资讯交流。

国内嵌入式Linux平台

在国内的部分，由工研院与资策会合作研发的嵌入式Linux平台，也在日前（2004年11月25日）展示了初步成果。政府在今年正式启动的「阿里山日出计画」，目的在推动五大类Linux-based系统，包括数位家庭、智慧型手机、IP电话、个人音乐播放器(personal media player)及IP-TV。而此次展示的成果为「特殊具时效工业技术发展计画」的第一项研发成果，该平台架构并已结合威盛的处理器推出原型机。

该计画在2004年的目标是打造好Linux的平台架构，此一平台预计在年底释出开放原始码，提供有意开发Linux装置的厂商下载使用，作为未来厂商研发数位家庭、掌上型设备的基础。此外，在应用上先以「数位家电开发平台」为重点，其核心由工研院电通所负责开发，而由资策会网路多媒体研究所开发Linux的图形化使用者介面(GUI)。在第二年（2005年）的发展重点将放在智慧型手机与个人娱乐产品等掌上型装置。

结论

Linux在嵌入式系统中的重要性与日俱增，已是不容置疑的大势。随着Linux 2.6核心的推出，让Linux又增添了很多非常有利于嵌入式应用的功能。除了在即时性能上的增强外，它也具有更方便的移植性、支援大容量的记忆体，以及对微控制器和I/O系统支援性的改进等。关于Linux 2.6与Linux 2.4.18的工作响应时间比较，请参考(图三)。

《图三 Linux 2.6与Linux 2.4.18的工作响应时间比较》

資料來源：www.diku.dk (资料来源：www.diku.dk)

因此，市场上将出现更多建立在嵌入式Linux之上的最新解决方案，不仅针对像家庭网路闸道器和无线接取等的垂直应用，而且还会将先进的标准周边设备，如USB 2.0、FireWire和MPEG CODEC等也整合进来。

针对特定地区Linux技术的标准化也在如火如荼的推动中，如亚洲本地语言输入方法和本地语言输出；此外，嵌入式Linux也得因应系统单晶片（SoC）、射频介面、电源管理和多媒体协同处理器等硬体技术的演进，提供完整的平台解决方案。这些工作都不是由特定的厂商或团体在进行，而是由来自于全球各地的开放社群成员所共同参与。这种众志成城的力量，怎能小觑呢？

（作者担任电子资讯产业媒体工作者多年，现为自由作家，联络方式：ovenou@yahoo.com.tw）