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Embedded Linux在IA产品之应用发展分析
 

【作者: 黃淑琴】2004年02月25日 星期三

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随着3C技术整合与网际网路的蓬勃发展,造就了资讯家电(IA)之类嵌入式装置的迅速崛起,且运算功能日益强大。虽然历经两年多的球景气低迷风暴,加上基础环境与应用服务未臻成熟,使得IA市场发展不如预期;但如今景气回暖, IA概念再度抬头,中长期而言,IA产品成为未来科技应用主轴的趋势应是无庸置疑的。


另一方面,主导IA产品发展关键的嵌入式软体,也是跨足IA产品的厂商所必须关注的课题。 Linux最初以其免授权费、开放原始码、网路功能强大等特性崛起于伺服器领域,并获得国际资讯大厂IBM、HP等的支持,形成一股与微软相抗衡的力量。之后也有人将Linux核心移植到嵌入式系统中,即成为时下所泛称的Embedded Linux。在风起云涌的IA市场上,由于Embedded Linux的特性能满足IA产品的需求,且不属于任何一家商业性公司所独有,因此得到国际家电大厂的支持,广泛被采用为IA作业系统的选择方案之一,其后势之成长潜力不容小觑。


为何选择Embedded Linux

如果把以下所述的特性对照IA产品的特性,可以发现Embedded Linux的确能符合IA产品的设计需求。


网路功能强大

资讯家电与传统家电最大的不同,就在于其所具备的连网功能所能创造出来的各式新型态应用与服务,这些应用与服务的实现,需要嵌入式软体来成就,运算能力则不再是市场关注的唯一焦点。


由于Linux原本就是一种网路架构的作业系统,具备先进的Internet协定,能支援IA产品所需的上网功能,故适合​​作为IA的作业系统。


核心架构稳定

有鉴于消费者对IA产品的当机或讯号干扰的容忍度极低,因此可靠度也是选择作业系统时的重要考量。 Linux历经全球各方软体工程师的齐心修改与除错,其稳定的核心架构,符合消费者对IA产品操作稳定的要求。


开发成本低廉

在消费市场上,PC仍是一个被认为价格昂贵的产品;而IA属于数位化的消费性电子产品,一般消费者对其价格敏感度更甚于PC,因此IA产品的价格多半走平民化路线,这对于在微利时代下生存的制造商而言,亦是个很大的挑战。


相较于采用其他商业性公司开发的嵌入式作业系统所需支付的高额授权费,免费且开放原始程式码的Embedded Linux,可以让IA厂商节省系统开发成本,产品达到低价化的要求。此外,Embedded Linux核心程式短小,亦可进一步节省作业系统所占用的记忆体成本,降低产品耗电量,但不影响其卓越的功能性。


Embedded Linux在IA产品之应用现况

IA产品由于种类繁多,软硬体规格百家争鸣,且不断衍生出新型态的应用,其范畴并没有一个十分明确的定义。以下就目前发展型态较成熟的PDA、智慧型手机、视讯转换器、精简型电脑、精简型伺服器五项IA产品为主要探讨对象,剖析Embedded Linux在这些产品的应用发展情形。


PDA

PDA作业系统的市场占有率,仍以PalmOS与Pocket PC为主,根据IDC的调查,2003年两者的市占率分别为54.4%、27.5%(详见表一)。虽然Palm OS还是市场龙头,但面对微软Pocket PC的强力竞争,其市占率有逐步下滑的趋势。全球前五大厂商中,属Palm OS阵营的是PalmOne与SONY,HP、Dell、Toshiba则属于Pocket PC阵营。 Embedded Linux虽然不是主流作业系统,市占率约为3.1%,但比起2002年仍有小幅的成长。


表一 PDA作业系统阵营比较
主要作业系统 2003年市占率 主要采用厂商
Palm OS 54.4% PalmOne、Sony
Pocket PC 27.5% HP、Dell、Toshiba
Embedded Linux 3.1% Sharp、IBM、Agenda
资料来源:IDC

Linux PDA中表现最出色的首推日本大厂Sharp的「Zaurus」系列机种。 2001年Sharp将Embedded Linux用于其PDA产品上,主要以欧美为目标市场,至2002年6月才首度针对日本国内发表Linux机种。由于Linux机种上市后获得不错的市场评价,因此Sharp已决定以Linux机种逐渐取代其原本封闭式作业系统的机种。


《图一 Sharp的Zaurus Linux PDA系列》
《图一 Sharp的Zaurus Linux PDA系列<数据源:Shap >》

除了Sharp之外,2003年1月IBM于纽约的Linux World发表了Linux PDA的参考设计,详见图二,并于2月时表示将与挪威软体公司Trolltech合作,推出Linux PDA,以期与Palm OS和Pocket PC分庭抗礼。


《图二 IBM的Linux PDA参考设计》
《图二 IBM的Linux PDA参考设计》

另外还有一些规模较小的厂商亦都推出过Linux PDA,如Aganda的VR3、韩国G.Mate 的Yopy、VTech Helio等,只是在PDA整体市场需求不振,库存未完全消化完毕的情况下,这些小厂商的产品也没有获得市场太大的关注。


智慧型手机

智慧型手机(Smartphone)的作业系统市场,仍以Symbian OS为主流,2003年约占70%左右。但微软的Smart Phone正结合全球各地的电信业者与资讯厂商,积极抢攻市场,使得智慧型手机作业系统战云密布。 Palm OS机种则以Handspring的「Treo系列」为主,另外也获得Samsung与Kyocera的采用。 Embedded Linux在智慧型手机领域算是后起之秀,虽已获Motorola、Samsung、NEC等大厂支持,但直到2003年底才见此类机种正式上市,其市场角逐战才正要开始,详见(表二) 。


表二 智慧型手机作业系统阵营比较
主要作业系统 2003年市占率 主要采用厂商
Symbian OS 70% Nokia、Sony Ericsson、Motorola、Siemens、Samsung
MS Smartphone 9% Motorola、Samsung、HP
Palm OS 12% Handspring(已为Palm所并购)、Samsung、Kyocera
Embedded Linux Motorola、Samsung、NEC
资料来源:In-Stat/MDR

2003年3月Motorola在德国CeBIT 展场发表了全球第一款采用Linux平台的智慧型手机「A760」,拥有65,000色超大彩色萤幕,集数位相机、MP3、视讯播放、快速上网、触控式萤幕、蓝牙技术等功能于一身,亦可执行Java软体,并且具备强大的讯息管理与娱乐功能,备受世人瞩目。但A760一直到2003年11月才正式在中国大陆市场率先上市。


继Motorola之后,Samsung也于2003年下半年在中国大陆推出Linux智慧型手机「MITs i519」;另外还有大陆本土厂商中国电子(CECT)在2003年10月推出「S2800」,较Motorola「A760」上市的时间早些,顿时中国大陆市场成了Linux智慧型手机的兵家必争之地。


《图三 Linux智能型手机产品》
《图三 Linux智能型手机产品》

视讯转换器

视讯转换器(Set-Top Box;STB)的作业系统比起上述之手持式装置,可谓更加多元,包括VxWorks、Nucleus、OS-9、Microsoft TV等;也有厂商自行研发的解决方案,如SA的PowerTV、Sony的Aperios等,呈现百花齐放的局面,但没有一家业者拥有主导全局的优势,因此Embedded Linux的发展机会相对宽广,详见(表三)。


表三 视讯转换器作业系统阵营比较
主要作业系统 市占率 主要采用厂商
VxWorks 百花齐放,尚未出现市场主导者 Pace、Pioneer、Hyundai
Nucleus Echostar、Sony、LSI
Microsoft TV Motorola、ADB
OS-9 Panasonic
Power TV S-A
Aperios Sony
LinuxEmbedded Motorola、Nokia、Japan Computer、i3 Micro
资料来源:资策会MIC

Embedded Linux在STB领域的应用,2001年前后就已经起步,并获得欧美及日本多家国际大厂采用,较为著名的产品有Motorola的「DCT50​​00系列」、Japan Computer的「iBOX-2」、Nokia的「Media Terminal」、i3 micro的「Mood Box」、Advanced Communications的「ECCLE5000」。然而比较令人惋惜的是,Nokia的Media Terminal在2001年美国E3电子娱乐展上发表后,至今从未正式出货,世人也无从了解其市场反应。


《图四 Linux视频转换器产品》
《图四 Linux视频转换器产品》

精简型电脑

精简型电脑(Thin Client)的作业系统仍以微软的WinCE为大宗,2003年市占率已超过六成以上,其他则由Embedded Linux、QNX、Java OS等分占,详见(表四)。


表四 精简型电脑作业系统阵营比较
主要作业系统 2003年市占率 主要采用厂商
WinCE 60%以上 Wyse、Neoware、HP、TeleVideo、Visara
QNX 约30% Epson
Java OS Sun
Embedded Linux Wyse、Neoware、TeleVideo、Maxspeed、Visara
资料来源:资策会MIC

Thin Client第一大厂商Wyse与第二大厂商Neoware皆拥有Embedded Linux的产品线,分别是「WinTerm 5000 Series」与「Eon Preferred 4000」。另外还有一些规模较小的厂商亦都有推出以Linux为基础的精简型电脑,如TeleVideo的「TC5030」、Maxspeed的「MaxTerm 3300」、Visara的「1883 NCT」等,性能亦十分出色,Embedded Linux在Thin Client领域的发展已十分成熟。


精简型伺服器

精简型伺服器(Server Appliance)所采用的作业系统,主要有龙头厂商Network Appliances自行开发的「Data ONTAP」、Snap Appliance自行开发的「SnapOS」、「GuardianOS」。近年来微软的Windows系列亦积极切入该领域,陆续与Dell、HP、EMC等大厂合作,市占率逐步攀升,至2003年已达到45%,详见(表五)。


表五 精简型伺服器作业系统阵营比较
主要作业系统 2003年市占率 主要采用厂商
WinCE 45% Dell、HP、EMC
Data ONTAP 约50% Network Appliances
SnapOS Snap Appliance
GuardianOS Snap Appliance
Embedded Linux Sun、NEC、Hiyan
资料来源:资策会MIC

延续Linux在通用型伺服器市场的成熟运用,Embedded Linux在Server Appliance领域的应用,相对较其他IA产品来得普遍而成熟,许多国际厂商皆有支援Embedded Linux的产品,比较著名的有Sun的「Cobalt Series」、NEC的「iStorage NV Series」,以及我国厂商慧眼资讯(Hiyan)的「PF Series」、鸿佰科技(Ingrasys)的「NAStorage Series」。不过Sun的「Cobalt Series」甫于2004年2月宣布停产,即将成为一个走入历史的产品,此举属于Sun本身经营策略的调整,并不意味精简型伺服器市场的后市看坏。


综合观之,Embedded Linux在上述五项IA产品的应用上,除了智慧型手机是新进领域之外,其他四项产品的应用皆已趋于成熟。尤其是与PC架构接近的精简型电脑和精简型伺服器,最能发挥Linux安全、稳定的特性,又不需要复杂的图形人机介面及众多应用软体,因而获得国际知名大厂的拥抱与推广,产品琳琅满目。手持式产品方面,由于需要更加高度亲和的图形人机介面及大量的应用软体支援,特别是智慧型手机还需结合行动通讯模组,技术门槛较高,Embedded Linux仍有待力争上游。


未来在嵌入式领域的竞争上,微软的作业系统依然有其强势之处,但在缺乏统一标准以及国际大厂采取多方押宝的心态下,Embedded Linux已蔚为一股风潮,亦将在群雄并起的IA世界里占有一席之地。


表六 Embedded Linux在IA产品之应用发展
产品
Embedded Linux应用现况
Embedded Linux未来发展
PDA 产品应用成熟,获Sharp全力支持,全球市占率约为3.1% PDA产品市场需求趋缓,但Embedded Linux市占率可望维持缓步成长
Smartphone 属新进领域,获Motorola、Samsung、NEC等大厂支持 随着Smartphone产品后势看好,Embedded Linux之爆发力不容小觑
Set-Top Box 产品应用成熟,获Motorola、Nokia、Japan Computer等欧美日多家厂商支持 STB市场稳定成长,Embedded Linux发展机会宽广
Thin Client 产品应用成熟,龙头大厂Wyse、Neoware均已支持 Thin Client市场成长性高于PC,Embedded Linux发展机会宽广
Server Appliance 产品应用成熟,获Sun、NEC、Hiyan等厂商支持 Server Appliance在企业及家庭市场都将扮演举足轻重的角色,Embedded Linux发展机会宽广
资料来源:资策会MIC

Embedded Linux的发展机会

Embedded Linux除了本身的特性符合IA产品需求之外,大环境的形势也提供了它有利的发展机会。


百家争鸣的IA架构造就异军突起的良机

PC时代的软硬体架构由Intel与微软的Windows主导,其他厂商已经难有切入机会;然而新兴的IA产品,软硬体标准尚未底定,形成百家争鸣的产业生态,提供了Embedded Linux一个异军突起的大好机会,Embedded Linux往往就成为IA及晶片业者在Wintel架构之外的另一种选择,它同时也提供了程式设计人员更多的自由与弹性。


另一方面,IA产品的硬体规格多样,亦相对使得软体开发工作趋于庞杂,单一的商业性公司越来越难以独立承担。由于Embedded Linux是不属于任何商业公司所独有的自由软体,又有广大的社群资源可供利用,有助于缩短新产品上市时程,是吸引厂商采用的优势所在。


国际大厂的支援为其有力后盾

IBM、HP、Sun等资讯厂商阵营,以及Nokia、Motorola、Samsung等通讯厂商阵营,皆有支援Embedded Linux的技术或产品;而SONY、松下电器产业、日立、NEC、Sharp、东芝、Samsung、Philips等八家国际级家电业者于2003年7月1日宣布成立「Consumer Electronic Linux Forum」(简称CELF),积极推广Embedded Linux在未来IA产品上的应用。这些国际大厂的行动支援,有助于加速Embedded Linux的普及应用,并使之蔚为一股潮流趋势。


Embedded Linux的挑战

Embedded Linux虽然有其发展优势,但也存在一些需要克服的障碍。


相容性标准的建立与推广

Linux原本属于自由软体,任何人都可以自由获取原始码,自由修改与散布,在商用化过程中,由于系统供应商各自提供产品,而产生了版本混乱及更新支援无以为继的问题,各个版本之间不见得完全相容,硬体厂商在采用时虽然取得成本低廉,却增加了后续维护支援的成本与风险。目前虽然已经有相关的国际组织公布了一些标准,如Embedded Linux Consortium(ELC)于2003年2月发表的第一版规格书「ELC Platform Specification」,以及前述之CELF于2003年11月发表的测试版规格书,但总体而言,Linux相容标准的推广工作仍有待加强。


开发环境的改善

开发与测试工具的完备与否影响着程式开发人员的采用意愿,Embedded Linux在开发环境面仍未臻完备,因此这也是未来努力的重要课题之一。


应用软体支援的加强

由于没有特定的大厂来维护或号召,加上嵌入式软体的开发者亦需具备充实的相关硬体知识,在人才短缺的情况下,目前支援Embedded Linux的应用软体阵容仍有待寻求更多应用软体厂商的奥援。


商业获利模式的确立

通常嵌入式软体厂商的主要收入来源以专案开发与权利金为主,工具提供与后续服务为辅。由于Linux为开放原始码的自由软体,在商用化过程中,从授权到服务的提供,业者尚无法建立一套清楚的获利模式,往往在惨淡经营的情况下难以提供稳定的服务;而自由软体本身可能引发的智慧财产权争议,也会造成用户采购行动的裹足不前。这方面的问题目前还需要时间来摸索与克服。


延 伸 阅 读

CLDP-Linux中文档计划 连结
本文在于教导读者如何与共享资料库和静态资料库做链结,其它的主题还包括如何与ELF做共享链结库、版本编号和soname与符号做链结,以及档案配置等。文章的最后还有常见问答集,以供读者作参考。

[CLDP]Gcc-Howto
这篇档的内容包括了如何在Linux下启用GNU C的编译器,以及怎么建立那些可以拿来开发软体的程式库。同时,对于程式码的编译、连结、执行与除错等等,也会有概观的说明。这篇文件写作的材料,泰半是来自于MitchD'Souza所收集GCC-FAQ,而这篇档取代了GCC-FAQ。
Embedded Linux底下几种GUI系统架构
即使是到了嵌入式环境底下,GUI整体架构跟PC Desktop相去不远,举凡绘图函式库、字型、事件处理等等课题,都是 GUI 系统所要面临。但是嵌入式系统本身有种种的限制,所以在整体设计上必须较为严谨,必须顾虑的条件更多,仿佛会到Dos底下制作游戏的年代,对于软体所占记忆体锱铢必较。
相关组织网站
Embedded Linux论坛
Red Hat Linux官方网站
Linux组织官方网站
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