Nowa GWIAZDA wśród systemów wbudowanych

Producenci mikrosterowników tworzą dla niego porty w swoich produktach; używają go inżynierowie sił obronnych i lotniczych; sprzedawcy oprogramowania dodają do niego funkcję czasu rzeczywistego. Linux dostał się wreszcie do głównego nurtu systemów wbudowanych

Pięć lat temu był zaledwie techniczną ciekawostką. Przyjmowany chętnie jedynie przez entuzjastów oprogramowania open source (o otwartym kodzie źródłowym) oraz przez zawiedzioną ligę antywindowsowską, Linux początkowo został chłodno przyjęty przez pragmatyków świata systemów wbudowanych. Większość inżynierów zainteresowanych sprawami bezpieczeństwa, jak również pracy w czasie rzeczywistym, patrzyła jedynie czujnym okiem, czy wśród dymu rzeczywiście pojawi się jakiś płomień.

Obecnie wydaje się, że ich oczekiwanie dobiegło końca. Wybuchł prawdziwy pożar, który rozprzestrzenia się, ogarniając przemysł systemów wbudowanych, czego jeszcze parę lat temu nie przewidywali nawet najbardziej zaangażowani zwolennicy Linuksa. Najwięksi czołowi producenci półprzewodników utworzyli porty w swoim sprzęcie komputerowym dla wchodzącego na rynek systemu operacyjnego, a konstruktorzy produktów na całym świecie rozważają możliwości wykorzystywania go w przyszłych projektach.

– W ciągu ostatnich 2 lat zainteresowanie Linuksem gwałtownie wzrosło – zauważa Glenn Beck, kierownik marketingu wysoko wydajnych procesorów PowerPC w firmie Freescale Semiconductor. – Każdy klient, z którym rozmawiamy, przygląda mu się.

Rosnące zapotrzebowanie na Linuksa sprawia, że producenci chipów komputerowych zmieniają swoje produkty tak, by były z nim zgodne. Na konferencji dotyczącej systemów wbudowanych, która odbyła się w marcu w San Francisco, firma Freescale ogłosiła, że w swoim procesorze PowerQUICC II stworzyła port dla MontaVista Linux. Zaledwie kilka dni wcześniej Freescale poinformowała o nawiązanej współpracy z chińskim Ministerstwem Przemysłu Informatycznego, której celem jest ocena systemów wbudowanych, opartych na Linuksie i rodzinie procesorów PowerPC firmy Freescale. Podobnie firma Analog Devices oznajmiła na początku tego roku, że wprowadzi na rynek płytę główną zawierającą procesor Blackfin oraz system operacyjny open source uCLinux.

Choć oświadczenia te są ważne dla wykonawców produktów, stanowią jedynie wierzchołek góry lodowej, zważywszy na silny nurt, który zawładnął obecnie przemysłem systemów wbudowanych.

Beck oraz inni przedstawiciele środowiska systemów wbudowanych twierdzą, że ostatnio zauważyli niespotykany dotąd wzrost liczby aplikacji korzystających z Linuksa. Jeszcze parę lat temu Linux był głównie używany w routerach, przełącznikach, zaporach do ochrony sieci wewnętrznych i innych formach infrastruktury sieci, obecnie ma znacznie szersze zastosowanie. Sprzedawcy komercyjnych systemów Linux mówią, że sprzedawane przez nich produkty znajdują zastosowanie w telewizji, odtwarzaczach MP3, lodówkach, zmywarkach do naczyń, czołgach, samolotach, deskach rozdzielczych samochodów i przemysłowych systemach sterujących. – Jeden z naszych klientów sprzedaje 80% swoich cyfrowych telewizorów z MontaVista Linux – zauważa Peder Ulander, wiceprezes marketingu w MontaVista Software.

Port dla każdego procesora

Po prawie dekadzie pozostawania w cieniu bardziej znanych wbudowanych systemów operacyjnych, takich jak VxWorks – firmy Wind River Systems, lidera rynku – Linux nabiera teraz rozpędu z kilku istotnych powodów. Najważniejszy z nich to spełnienie pragnienia, które zawsze towarzyszyło twórcom produktu: by uzyskać dostęp, a następnie przejąć kontrolę nad wszystkimi kodami oprogramowania stosowanego w ich produktach. W przypadku Linuksa, w przeciwieństwie do niektórych markowych systemów operacyjnych, twórcy mogą oglądać wszystkie kody i dokonywać w nich zmian.

Równie ważna jest rosnąca wszechobecność Linuksa. Coraz bardziej wdziera się on do głównego nurtu świata systemów wbudowanych. – W Linuksie jest tyle rzeczy dostępnych – zauważa Inder Singh, przewodniczący i prezes zarządu LynuxWorks Inc., dostawcy systemów operacyjnych opartych na Linuksie. – Port Linuksa istnieje w każdym możliwym procesorze i urządzeniu. A poza tym obecnie prawie każde wbudowane oprogramowanie zawiera wersję Linuksa.

Na przykład MontaVista Linux jest w tej chwili dostępny w ośmiu architekturach procesorów, w 30 różnych zestawach chipów i w 150 typach płytek drukowanych opartych na procesorze. Tymczasem Freescale twierdzi, że porty Linuksa oferują ich wszystkie procesory oparte na PowerPC, jak również wiele procesorów nieopartych na PowerPC.

W lutym firma Freescale wykazała, że jest coraz wierniejsza Linuksowi, zamierza połączyć wysiłki z China Software i Integrated Circuit Promotion Center, aby zbudować laboratorium, które służyć będzie do przeprowadzania badań i rozwijania platform komputerowych opartych na Linuksie i procesorach PowerPC. Według Freescale idea połączenia wysiłków zrodziła się ze wspólnych zamierzeń promowania otwartych, elastycznych rozwiązań technicznych.

^{IDC PRZEWIDUJE, że zyski ze sprzedaży sprzętu i oprogramowania Linux osiągną 35,7 mld USD do roku 2008}

Podobnie Analog Devices (ADI) wspiera niekomercyjne projekty we własnym środowisku (http://blackfin.uclinux.org) zachęcając zespoły inżynierów do dzielenia się pomysłami dotyczącymi kodów dla uClinux, systemu operacyjnego open source przeznaczonego do tanich mikrosterowników, które nie mają zarządzania pamięcią. Tak jak Freescale, ADI udostępnił jeden ze swoich kluczowych produktów do tego typu zastosowań, umożliwiając działanie uClinuksa w Blackfin, rdzeniu Analog Devices DSP z mikrosterownikiem o tradycyjnej architekturze.

Zwrot w stronę Linuksa w środowisku wbudowanych systemów stał się tak silny, że nawet ci, którzy byli najbardziej mu przeciwni odstąpili od starych argumentów. Wind River Systems, przedsiębiorstwo zbudowane na sukcesie odniesionym dzięki markowym wbudowanym systemom operacyjnym, przyłączyło się w zeszłym roku do ruchu prolinuksowego, ogłaszając, że łączy siły z Red Hat Inc., by opracować platformę oprogramowania opartą na Linuksie. W ramach współpracy Red Hat ma dostarczyć system operacyjny, a Wind River oferuje narzędzia programowe dla platformy.

Według analityków przemysłu zawiązywanie podobnych spółek jest reakcją na rosnące wśród użytkowników zainteresowanie Linuksem. Jednocześnie działalność tych spółek sprawia, że fenomen Linuksa rośnie z wprowadzaniem na rynek produktów, które zbliżają ten system do głównego nurtu. Gartner Dataquest, firma analityczna z San Jose w Kalifornii, twierdzi, że wykorzystanie Linuksa w Ameryce Północnej systematycznie rosło w ciągu ostatnich trzech lat. Widoczny jest skok z 7% w 2002 r. do 14% w 2003 r., a następnie do 20% w 2004 r. Podobnie IDC w grudniu 2004 r. prognozowała, że w 2008 r. przychody ze sprzętu i oprogramowania Linux osiągną 35,7 mld USD, co będzie stanowiło wzrost o ponad 300% w porównaniu z wynikami z roku 2003.

Sprzedawcy mówią, że Linux oferuje poziom standaryzacji nieosiągalny przez tak zwane podejście „zrób to sam”, w ramach którego twórca oprogramowania pisze własny kod systemu operacyjnego.

– Programiści muszą pokonać pokusę robienia wszystkiego samodzielnie – mówi Ken Klein, prezes zarządu Wind River. – Praca, którą dziś wykonują, jest zbyt ważna, by tracili siły na odkrywanie na nowo Ameryki.

Wind River, LynuxWorks, MontaVista Software i Metrowerks są dostawcami systemów operacyjnych i narzędzi programowych opartych na Linuksie. Ponieważ ogólnodostępne jądra systemu Linux mogą zostać ściągnięte przez użytkowników za darmo, sprzedawcy tacy zarabiają nie na sprzedaży systemu, ale narzędzi programowych i zapewnieniu serwisu dla produktów własnej marki opartych na Linuksie.

Analitycy przemysłu twierdzą, że wersje Linuksa dostarczane przez sprzedawców służą ważnemu celowi – ułatwiają pracę zespołom inżynierów mającym ograniczenia finansowe lub za mało ludzi do pracy.

– Jeżeli zdecydujesz się na jądro systemu ogólnie dostępne a nie rozprowadzane przez sprzedawców, musisz się upewnić, że masz wystarczającą wiedzę, by wykorzystać i konserwować to jądro – zauważa Daya Nadamuni, główny analityk Gartner Dataquest.

Kwestia kosztów

Większość ekspertów podkreśla, że koszt nie jest głównym powodem popularności, którą Linux zdobył w ciągu ostatnich dwóch lat. Chociaż system operacyjny jest darmowy, koszty związane z wykorzystaniem Linuksa mogą zrównać się z kosztami jego komercyjnych odpowiedników lub nawet je  przewyższać.

Z założenia Linux miał być tani i nieobciążony płaceniem tantiem – mówi Nadamuni. – Ale sama cena nie jest wystarczającym powodem do wybrania Linuksa. Błędne jest zakładanie, że Linux automatycznie będzie tańszy.

Nadamuni oraz inni eksperci rynku dowodzą, że naprawa błędów, opracowywanie łat i inne formy obsługi systemu operacyjnego obarczają kosztami twórcę, jeśli nie ma on wsparcia ze strony sprzedawców.

– Jeśli jesteś kierownikiem projektu, musisz postawić sobie pytanie: „Czy moi pracownicy dysponują wiedzą i umiejętnościami pozwalającymi na obsłużenie jądra systemu?” – mówi Nadamuni. – Jeśli po dwóch latach twój czołowy programista odejdzie, a ty chcesz wdrożyć drugą generację produktu, czy będziesz w stanie to zrobić?

Czas rzeczywisty?

Innym głównym powodem, który utrudnia decyzję o wyborze Linuksa, jest natura systemu: nie działa on w czasie rzeczywistym. W badaniu przeprowadzonym w 2004 r. przez Venture Development Corp. inżynierowie uznali ograniczenia czasu rzeczywistego za najważniejszy czynnik hamujący rozwój Linuksa. Linux nie był postrzegany jako system pracujący w czasie rzeczywistym, ponieważ nie miał precyzyjnej synchronizacji oraz możliwości przestrzegania wymaganych terminów. Oznacza to, że niektóre aplikacje stosowane w systemach autoryzacji fabryk przy projektowaniu maszyn, w przemyśle obronnym, lotniczym i kosmicznym nie mogły korzystać z Linuksa.

Niemniej w zeszłym roku MontaVista ogłosiła, że opracowuje jądro systemu Linux pracujące w czasie rzeczywistym. Ponadto rozszerzenia systemu związane z czasem rzeczywistym, takie jak wykonane przez FSMLabs Inc., które wykorzystują Linux jako niepracującą w czasie rzeczywistym podstawę, będącą częścią systemu operacyjnego pracującego w czasie rzeczywistym, umożliwiły zastosowanie Linuksa w aplikacjach, które muszą przestrzegać wymaganych terminów.

Niektórzy dostawcy, jak LynuxWorks i MontaVista, opracowali również zgodne z Linuksem systemy operacyjne open source, które mogą być wykorzystywane w bezpiecznych i niezawodnych aplikacjach. Opracowany przez LynuxWorks system open source LynxOS-178 jest używany jako podstawa skoncentrowanego wokół komunikacji systemu Future Combat System armii amerykańskiej.

Linux utorował sobie również drogę do aplikacji przemysłowych i komercyjnych. Kierownicy MontaVista mówią, że ich przedsiębiorstwo współpracuje z niewymienionym z nazwy producentem nad „podłączoną” lodówką, która będzie wykorzystywać MontaVista Linux. Lynux Works twierdzi, że łączy siły z wieloma producentami maszyn wykorzystywanych w punktach sprzedaży, m.in. wygodne urządzenie sklepowe firmy Verifone Inc. będzie wykorzystywać LynxOS.

Eksperci uważają, że przechodzenie podobnych zastosowań na Linuksa jest naturalną konsekwencją istnienia niezwykłej ilości produktów nieopartych na komputerach osobistych, które zyskują możliwość łączenia się z siecią. Podczas gdy technika komputerów biurowych jest na etapie zastoju, technika systemów wbudowanych rozwija się w szybkim tempie.

– Za pięć lat istnieć będzie 14 miliardów zintegrowanych urządzeń połączonych metodami, jakich jeszcze nawet nie jesteśmy w stanie sobie wyobrazić – zauważa Klein z firmy Wind River w niedawnym przemówieniu programowym na konferencji na temat systemów wbudowanych.

Z pewnością nie wszystkie z tych 14 miliardów urządzeń będą wykorzystywały system Linux. Niektóre aplikacje, szczególnie te z wysokimi wymaganiami dotyczącymi czasu rzeczywistego i maksymalnymi wymogami bezpieczeństwa, nie będą korzystać z systemu open source. Jednak w przypadku wielu aplikacji inżynierowie przekonają się, że standardowy status Linuksa jest faktycznie zaletą.

– Czy system operacyjny Linux będzie wykorzystywany w myśliwskim samolocie odrzutowym F-16? Raczej nie – mówi Beck z Freescale. – Ale ostatnio nie spotkaliśmy rozmówcy, który przynajmniej nie rozpatrywałby użycia Linuksa.

Autor: TEKST: CHARLES J. MURRAY