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Embedded Linux在IA產品之應用發展分析
 

【作者: 黃淑琴】   2004年02月25日 星期三

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隨著3C技術整合與網際網路的蓬勃發展,造就了資訊家電(IA)之類嵌入式裝置的迅速崛起,且運算功能日益強大。雖然歷經兩年多的球景氣低迷風暴,加上基礎環境與應用服務未臻成熟,使得IA市場發展不如預期;但如今景氣回暖, IA概念再度抬頭,中長期而言,IA產品成為未來科技應用主軸的趨勢應是無庸置疑的。


另一方面,主導IA產品發展關鍵的嵌入式軟體,也是跨足IA產品的廠商所必須關注的課題。Linux最初以其免授權費、開放原始碼、網路功能強大等特性崛起於伺服器領域,並獲得國際資訊大廠IBM、HP等的支持,形成一股與微軟相抗衡的力量。之後也有人將Linux核心移植到嵌入式系統中,即成為時下所泛稱的Embedded Linux。在風起雲湧的IA市場上,由於Embedded Linux的特性能滿足IA產品的需求,且不屬於任何一家商業性公司所獨有,因此得到國際家電大廠的支持,廣泛被採用為IA作業系統的選擇方案之一,其後勢之成長潛力不容小覷。


為何選擇Embedded Linux

如果把以下所述的特性對照IA產品的特性,可以發現Embedded Linux的確能符合IA產品的設計需求。


網路功能強大

資訊家電與傳統家電最大的不同,就在於其所具備的連網功能所能創造出來的各式新型態應用與服務,這些應用與服務的實現,需要嵌入式軟體來成就,運算能力則不再是市場關注的唯一焦點。


由於Linux原本就是一種網路架構的作業系統,具備先進的Internet協定,能支援IA產品所需的上網功能,故適合作為IA的作業系統。


核心架構穩定

有鑑於消費者對IA產品的當機或訊號干擾的容忍度極低,因此可靠度也是選擇作業系統時的重要考量。Linux歷經全球各方軟體工程師的齊心修改與除錯,其穩定的核心架構,符合消費者對IA產品操作穩定的要求。


開發成本低廉

在消費市場上,PC仍是一個被認為價格昂貴的產品;而IA屬於數位化的消費性電子產品,一般消費者對其價格敏感度更甚於PC,因此IA產品的價格多半走平民化路線,這對於在微利時代下生存的製造商而言,亦是個很大的挑戰。


相較於採用其他商業性公司開發的嵌入式作業系統所需支付的高額授權費,免費且開放原始程式碼的Embedded Linux,可以讓IA廠商節省系統開發成本,產品達到低價化的要求。此外,Embedded Linux核心程式短小,亦可進一步節省作業系統所佔用的記憶體成本,降低產品耗電量,但不影響其卓越的功能性。


Embedded Linux在IA產品之應用現況

IA產品由於種類繁多,軟硬體規格百家爭鳴,且不斷衍生出新型態的應用,其範疇並沒有一個十分明確的定義。以下就目前發展型態較成熟的PDA、智慧型手機、視訊轉換器、精簡型電腦、精簡型伺服器五項IA產品為主要探討對象,剖析Embedded Linux在這些產品的應用發展情形。


PDA

PDA作業系統的市場佔有率,仍以PalmOS與Pocket PC為主,根據IDC的調查,2003年兩者的市佔率分別為54.4%、27.5%(詳見表一)。雖然Palm OS還是市場龍頭,但面對微軟Pocket PC的強力競爭,其市佔率有逐步下滑的趨勢。全球前五大廠商中,屬Palm OS陣營的是PalmOne與SONY,HP、Dell、Toshiba則屬於Pocket PC陣營。Embedded Linux雖然不是主流作業系統,市佔率約為3.1%,但比起2002年仍有小幅的成長。


表一 PDA作業系統陣營比較
主要作業系統 2003年市佔率 主要採用廠商
Palm OS 54.4% PalmOne、Sony
Pocket PC 27.5% HP、Dell、Toshiba
Embedded Linux 3.1% Sharp、IBM、Aganda
資料來源:IDC

Linux PDA中表現最出色的首推日本大廠Sharp的「Zaurus」系列機種。2001年Sharp將Embedded Linux用於其PDA產品上,主要以歐美為目標市場,至2002年6月才首度針對日本國內發表Linux機種。由於Linux機種上市後獲得不錯的市場評價,因此Sharp已決定以Linux機種逐漸取代其原本封閉式作業系統的機種。


《圖一 Sharp的Zaurus Linux PDA系列》
《圖一 Sharp的Zaurus Linux PDA系列<資料來源:Shap >》

除了Sharp之外,2003年1月IBM於紐約的Linux World發表了Linux PDA的參考設計,詳見圖二,並於2月時表示將與挪威軟體公司Trolltech合作,推出Linux PDA,以期與Palm OS和Pocket PC分庭抗禮。


《圖二 IBM的Linux PDA參考設計》
《圖二 IBM的Linux PDA參考設計<資料來源:IBM >》

另外還有一些規模較小的廠商亦都推出過Linux PDA,如Aganda的 VR3、韓國 G.Mate 的 Yopy、VTech Helio等,只是在PDA整體市場需求不振,庫存未完全消化完畢的情況下,這些小廠商的產品也沒有獲得市場太大的關注。


智慧型手機

智慧型手機(Smartphone)的作業系統市場,仍以Symbian OS為主流,2003年約佔70%左右。但微軟的Smart Phone正結合全球各地的電信業者與資訊廠商,積極搶攻市場,使得智慧型手機作業系統戰雲密佈。Palm OS機種則以Handspring的「Treo系列」為主,另外也獲得Samsung與Kyocera的採用。Embedded Linux在智慧型手機領域算是後起之秀,雖已獲Motorola、Samsung、NEC等大廠支持,但直到2003年底才見此類機種正式上市,其市場角逐戰才正要開始,詳見(表二)。


表二 智慧型手機作業系統陣營比較
主要作業系統 2003年市佔率 主要採用廠商
Symbian OS 70% Nokia、SonyEricsson、Motorola、Siemens、Samsung
MS Smartphone 9% Motorola、Samsung、HP
Palm OS 12% Handspring(已為Palm所併購)、Samsung、Kyocera
Embedded Linux Motorola、Samsung、NEC
資料來源:In-Stat/MDR

2003年3月Motorola在德國CeBIT 展場發表了全球第一款採用Linux平台的智慧型手機「A760」,擁有65,000色超大彩色螢幕,集數位相機、MP3、視訊播放、快速上網、觸控式螢幕、藍牙技術等功能於一身,亦可執行Java軟體,並且具備強大的訊息管理與娛樂功能,備受世人矚目。但A760一直到2003年11月才正式在中國大陸市場率先上市。


繼Motorola之後,Samsung也於2003年下半年在中國大陸推出Linux智慧型手機「MITs i519」;另外還有大陸本土廠商中國電子(CECT)在2003年10月推出「S2800」,較Motorola「A760」上市的時間早些,頓時中國大陸市場成了Linux智慧型手機的兵家必爭之地。


《圖三 Linux智慧型手機產品》
《圖三 Linux智慧型手機產品》

視訊轉換器

視訊轉換器(Set-Top Box;STB)的作業系統比起上述之手持式裝置,可謂更加多元,包括VxWorks、Nucleus、OS-9、Microsoft TV等;也有廠商自行研發的解決方案,如S-A的PowerTV、Sony的Aperios等,呈現百花齊放的局面,但沒有一家業者擁有主導全局的優勢,因此Embedded Linux的發展機會相對寬廣,詳見(表三)。


表三 視訊轉換器作業系統陣營比較
主要作業系統 市佔率 主要採用廠商
VxWorks 百花齊放,尚未出現市場主導者 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
資料來源:資策會MIC

Embedded Linux在STB領域的應用,2001年前後就已經起步,並獲得歐美及日本多家國際大廠採用,較為著名的產品有Motorola的「DCT5000系列」、Japan Computer的「iBOX-2」、Nokia的「Media Terminal」、i3 micro的「Mood Box」、Advanced Communications的「ECCLE5000」。然而比較令人惋惜的是,Nokia的Media Terminal在2001年美國E3電子娛樂展上發表後,至今從未正式出貨,世人也無從瞭解其市場反應。


《圖四 Linux視訊轉換器產品》
《圖四 Linux視訊轉換器產品》

精簡型電腦

精簡型電腦(Thin Client)的作業系統仍以微軟的WinCE為大宗,2003年市佔率已超過六成以上,其他則由Embedded Linux、QNX、Java OS等分佔,詳見(表四)。


表四 精簡型電腦作業系統陣營比較
主要作業系統 2003年市佔率 主要採用廠商
WinCE 60%以上 Wyse、Neoware、HP、TeleVideo、Visara
QNX 約30% Epson
Java OS Sun
Embedded Linux Wyse、Neoware、TeleVideo、Maxspeed、Visara
資料來源:資策會MIC

Thin Client第一大廠商Wyse與第二大廠商Neoware皆擁有Embedded Linux的產品線,分別是「WinTerm 5000 Series」與「Eon Preferred 4000」。另外還有一些規模較小的廠商亦都有推出以Linux為基礎的精簡型電腦,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領域的發展已十分成熟。


精簡型伺服器

精簡型伺服器(Server Appliance)所採用的作業系統,主要有龍頭廠商Network Appliances自行開發的「Data ONTAP」、Snap Appliance自行開發的「SnapOS」、「GuardianOS」。近年來微軟的Windows系列亦積極切入該領域,陸續與Dell、HP、EMC等大廠合作,市佔率逐步攀升,至2003年已達到45%,詳見(表五)。


表五 精簡型伺服器作業系統陣營比較
主要作業系統 2003年市佔率 主要採用廠商
WinCE 45% Dell、HP、EMC
Data ONTAP 約50% Network Appliances
SnapOS Snap Appliance
GuardianOS Snap Appliance
Embedded Linux Sun、NEC、Hiyan
資料來源:資策會MIC

延續Linux在通用型伺服器市場的成熟運用,Embedded Linux在Server Appliance領域的應用,相對較其他IA產品來得普遍而成熟,許多國際廠商皆有支援Embedded Linux的產品,比較著名的有Sun的「Cobalt Series」、NEC的「iStorage NV Series」,以及我國廠商慧眼資訊(Hiyan)的「PF Series」、鴻佰科技(Ingrasys)的「NAStorage Series」。不過Sun的「Cobalt Series」甫於2004年2月宣布停產,即將成為一個走入歷史的產品,此舉屬於Sun本身經營策略的調整,並不意味精簡型伺服器市場的後市看壞。


綜合觀之,Embedded Linux在上述五項IA產品的應用上,除了智慧型手機是新進領域之外,其他四項產品的應用皆已趨於成熟。尤其是與PC架構接近的精簡型電腦和精簡型伺服器,最能發揮Linux安全、穩定的特性,又不需要複雜的圖形人機介面及眾多應用軟體,因而獲得國際知名大廠的擁抱與推廣,產品琳瑯滿目。手持式產品方面,由於需要更加高度親和的圖形人機介面及大量的應用軟體支援,特別是智慧型手機還需結合行動通訊模組,技術門檻較高,Embedded Linux仍有待力爭上游。


未來在嵌入式領域的競爭上,微軟的作業系統依然有其強勢之處,但在缺乏統一標準以及國際大廠採取多方押寶的心態下,Embedded Linux已蔚為一股風潮,亦將在群雄並起的IA世界裡佔有一席之地。


表六 Embedded Linux在IA產品之應用發展
產品
Embedded Linux應用現況
Embedded Linux未來發展
PDA 產品應用成熟,獲Sharp全力支持,全球市佔率約為3.1% PDA產品市場需求趨緩,但Embedded Linux市佔率可望維持緩步成長
Smartphone 屬新進領域,獲Motorola、Samsung、NEC等大廠支持 隨著Smartphone產品後勢看好,Embedded Linux之爆發力不容小覷
Set-Top Box 產品應用成熟,獲Motorola、Nokia、Japan Computer等歐美日多家廠商支持 STB市場穩定成長,Embedded Linux發展機會寬廣
Thin Client 產品應用成熟,龍頭大廠Wyse、Neoware均已支持 Thin Client市場成長性高於PC,Embedded Linux發展機會寬廣
Server Appliance 產品應用成熟,獲Sun、NEC、Hiyan等廠商支持 Server Appliance在企業及家庭市場都將扮演舉足輕重的角色,Embedded Linux發展機會寬廣
資料來源:資策會MIC

Embedded Linux的發展機會

Embedded Linux除了本身的特性符合IA產品需求之外,大環境的形勢也提供了它有利的發展機會。


百家爭鳴的IA架構造就異軍突起的良機

PC時代的軟硬體架構由Intel與微軟的Windows主導,其他廠商已經難有切入機會;然而新興的IA產品,軟硬體標準尚未底定,形成百家爭鳴的產業生態,提供了Embedded Linux一個異軍突起的大好機會,Embedded Linux往往就成為IA及晶片業者在Wintel架構之外的另一種選擇,它同時也提供了程式設計人員更多的自由與彈性。


另一方面,IA產品的硬體規格多樣,亦相對使得軟體開發工作趨於龐雜,單一的商業性公司越來越難以獨立承擔。由於Embedded Linux是不屬於任何商業公司所獨有的自由軟體,又有廣大的社群資源可供利用,有助於縮短新產品上市時程,是吸引廠商採用的優勢所在。


國際大廠的支援為其有力後盾

IBM、HP、Sun等資訊廠商陣營,以及Nokia、Motorola、Samsung等通訊廠商陣營,皆有支援Embedded Linux的技術或產品;而SONY、松下電器產業、日立、NEC、Sharp、東芝、Samsung、Philips等八家國際級家電業者於2003年7月1日宣布成立「Consumer Electronic Linux Forum」(簡稱CELF),積極推廣Embedded Linux在未來IA產品上的應用。這些國際大廠的行動支援,有助於加速Embedded Linux的普及應用,並使之蔚為一股潮流趨勢。


Embedded Linux的挑戰

Embedded Linux雖然有其發展優勢,但也存在一些需要克服的障礙。


相容性標準的建立與推廣

Linux原本屬於自由軟體,任何人都可以自由獲取原始碼,自由修改與散佈,在商用化過程中,由於系統供應商各自提供產品,而產生了版本混亂及更新支援無以為繼的問題,各個版本之間不見得完全相容,硬體廠商在採用時雖然取得成本低廉,卻增加了後續維護支援的成本與風險。目前雖然已經有相關的國際組織公布了一些標準,如Embedded Linux Consortium(ELC)於2003年2月發表的第一版規格書「ELC Platform Specification」,以及前述之CELF於2003年11月發表的測試版規格書,但總體而言,Linux相容標準的推廣工作仍有待加強。


開發環境的改善

開發與測試工具的完備與否影響著程式開發人員的採用意願,Embedded Linux在開發環境面仍未臻完備,因此這也是未來努力的重要課題之一。


應用軟體支援的加強

由於沒有特定的大廠來維護或號召,加上嵌入式軟體的開發者亦需具備充實的相關硬體知識,在人才短缺的情況下,目前支援Embedded Linux的應用軟體陣容仍有待尋求更多應用軟體廠商的奧援。


商業獲利模式的確立

通常嵌入式軟體廠商的主要收入來源以專案開發與權利金為主,工具提供與後續服務為輔。由於Linux為開放原始碼的自由軟體,在商用化過程中,從授權到服務的提供,業者尚無法建立一套清楚的獲利模式,往往在慘淡經營的情況下難以提供穩定的服務;而自由軟體本身可能引發的智慧財產權爭議,也會造成用戶採購行動的裹足不前。這方面的問題目前還需要時間來摸索與克服。


延 伸 閱 讀

CLDP-Linux中文檔計劃 連結
本文在於教導讀者如何與共享資料庫和靜態資料庫做鏈結,其它的主題還包括如何與ELF做共享鏈結庫、版本編號和soname與符號做鏈結,以及檔案配置等。文章的最後還有常見問答集,以供讀者作參考。

[CLDP]Gcc-Howto
這篇檔的內容包括了如何在Linux下啟用GNU C的編譯器,以及怎麼建立那些可以拿來開發軟體的程式庫。同時,對於程式碼的編譯、連結、執行與除錯等等,也會有概觀的說明。這篇文件寫作的材料,泰半是來自於MitchD'Souza所收集GCC-FAQ,而這篇檔取代了GCC-FAQ。
Embedded Linux底下幾種GUI系統架構
即使是到了嵌入式環境底下,GUI整體架構跟PC Desktop相去不遠,舉凡繪圖函式庫、字型、事件處理等等課題,都是 GUI 系統所要面臨。但是嵌入式系統本身有種種的限制,所以在整體設計上必須較為嚴謹,必須顧慮的條件更多,彷彿會到Dos底下製作遊戲的年代,對於軟體所佔記憶體錙銖必較。
相關組織網站
Embedded Linux論壇
Red Hat Linux官方網站
Linux組織官方網站
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