2004年很快就過去了，回顧電子業的表現雖然不如預期，然而，至少一些產業發展的趨勢已更為明確。PC的光彩已褪色，繼之而起的焦點是數位消費性電子（Digital Consumer，DC），而這個領域因為具有少量、多樣和低價的特性，因此並未創造出取代PC的明星產業，但在個別市場的成長表現仍相當亮麗，如手機、DVD、LCD等。若從技術的角度來看，由於這些產品都具有其專屬規格，因此都屬於嵌入式系統（Embedded System）的設計領域。

其實嵌入式系統的發展歷史已超過四十年，是比PC還要資深的產業，不論是家電、汽車電子或通訊電子，都算是這個產業的一部分。由於它的淵遠流長，過去曾被視為是塊已相對成熟和保守的市場，然而，隨著有線與無線網路的出現與蓬勃發展，再加上半導體製程和晶片設計技術上的突破，讓這個產業再度成為聚光燈下的焦點。

目前備受矚目的一個願景，即是所謂的「泛在/普及運算」（Ubiquitous/Pervasive Computing），也就是不論在屋內、辦公場所、交通工具和我們的身上，都圍繞著一些具有運算智慧的電子設備，這些設備還要能和網路連結，並且能夠彼此交換訊息與自我調節。被具有運算能力的電子設備所包圍的情況已經相當普遍，但它們的網路連結功能還很欠缺，而連結後的應用功能更存有很大的想像空間。這些，都是嵌入式系統將面對的挑戰，也是契機。

嵌入式系統更仰賴軟體

在嵌入式的世界中，若想要獲得更佳、更炫的功能，或是降低設計成本，過去設計師所想到的不二法門，總是尋求新一代的硬體技術，如更高階的製程，或採用專屬的特殊應用積體電路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）設計；對嵌入式軟體的要求相對來說簡單許多，往往只為硬體效能的最佳化和內存占位（memory footprint）的最小化而設計，以VRTX或PSOS這些嵌入式作業系統來說，它們的核心都很小。

然而，隨著高階製程的開發成本愈來愈昂貴，加上消費性電子的生命週期短、應用功能變化大，設計者開始更仰賴嵌入式軟體，它甚至成為主導開發成本和時程的關鍵。有研究報告指出，目前工程師花在軟體與整合上面的工夫平均就佔了產品研發工作的63%，而嵌入式產業最欠缺的人才，就是了解硬體的軟體工程師。

嵌入式軟體大廠Wind River亞太區資深總監Namiq Kunimoto即表示，2004年以前，嵌入式系統的市場規模為美金7億5000萬元，但從2004年以後，由於智慧型與連線設備軟體的市場不斷演變，製造商需要仰賴軟體開發以突顯產品特色，因此設備軟體市場會出現結構性的轉變，除了作業系統，該市場將擴大涵蓋中介軟體及開發套件等各領域，預估到了2006年時整體市場規模將達30億美元。

Linux為最佳選擇

什麼樣的軟體才能符合今日嵌入式世界的需求呢？設計師已發現，若要像從前一樣，每設計一個新產品就得從頭開發一套軟體的作法，太耗日費時了；因此，他們要求嵌入式軟體能有更高的重覆使用性，而且盡量採用現存的軟體來建置系統。

Linux的出現，適時的打破了被各式各樣專有嵌入式作業系統核心給分割、掌控的局面。Linux對於這個世界的意義在於它首度提供了一個可能性，也就是客戶可以選擇不同供應商的開放平台，而且有取之不盡的軟體，也有硬體支援。

Linux能提供專有嵌入式作業系統所沒有的許多好處。對開發者最大的吸引力就是他們能夠免費取得原始碼，而且當他們要將Linux用到自己的產品當中時，也不需要支付版權費。此外，在Linux的開放社群中，有著許多不斷成長的軟體資源；這些有的是開放源碼，有的是有版權的產品，但它們都能在Linux下運作。善用它們，工程師就能大大地降低軟體開發上的成本。

就在多數人對Linux的印象仍停留在它與微軟在伺服器與桌上型市場的對抗時，其實Linux近幾年來在嵌入式系統市場的地位已經穩固，已從試用、早期接受的狀態上升到主流的位置。目前已有愈來愈多基於Linux的消費和通訊產品開始上市，多數設備廠商已將Linux視為目前或未來產品開發的一種基本選擇。

資策會市場情報中心（MIC）的資料也指出，2004年數位機上盒(setup box)採用Linux的機種比例超過10%，而大陸代工的Linux-based智慧型手機也將陸續開始出貨，預估自由軟體應用在嵌入式硬體的產值，將有超過兩倍的成長。另外，Linux也被廣泛用於消費性家電，以及數位家庭概念產品，如家用網路設備、閘道器或連網家電等等。

商用嵌入式Linux為開發助力

為了因應市場快速變化的腳步，嵌入式產業已處在轉型的關鍵時刻，而可以預見的轉變是向資訊產業的發展模式靠攏，也就是採用較少樣的硬體及軟體，包括晶片組、作業系統、從頭到尾的單一化開發套件和商業化的中介軟體。

在這樣的趨勢下，商業化的嵌入式Linux具有極大的賣點。對於設備製造商來說，自行開發專有Linux是曠日廢時的事，因為一個嵌入式Linux產品的開發需要經過幾個階段，如(圖一)，包括為目標板配置和建構基本Linux OS；除錯應用程式、庫、核心及設備驅動程式/核心模組；出貨前最終方案的最佳化、測試和驗證等。

《圖一　嵌入式Linux產品的開發步驟》

目前已有數百種開放原始碼的開發工具可供選擇，只要開發者願意花時間和精力去調查、實施和維護一系列各不相同的工具，也就是採取所謂的「用戶自主開發」（Roll-your-own）方式，總能找出一個完整的解決方案，完成幾乎任何開發任務。不過，借助商業化Linux平台和解決方案，無疑是最快的途徑，讓他們不需要再為那3千多萬行Linux作業系統程式碼而傷腦筋，進而可以集中心力用在產品差異化功能的開發上。

在嵌入式商用Linux方面較知名的廠商為MontaVista、Metrowerks、LynuxWork（BlueCat）、RedSonic（RedICE Linux）和TimeSys等，而在伺服器Linux市場的大廠Red Hat，在2004年初也宣布與Wind River合作，再次進軍嵌入式市場（之前曾投入此市場一次，不過很快就宣布退出了）。

Wind River和Red Hat的組合，能將Wind River在嵌入系統界的領導地位與Red Hat在開放原始碼界的優勢聯合在一起，看來是不錯的策略。而這兩家公司在這個時間點轉向投入嵌入式Linux的合作上，正是看到來自消費、通訊、網路等領域對嵌入式系統的龐大需求，以及感受到Linux迅速成長的市場動力。

對於進入此領域已有多年的MontaVista等開發商來說，“Wind River-Red Hat”的進場競爭雖有一定的威脅，不過，畢竟這個市場很大，而且他們已在嵌入式領域投下不少工夫，具有自己的獨到之處。此外，他們也已認識到，Linux真正利潤的獲取不在銷售中，而是在其周圍的工具和服務中。

嵌入式Linux的發展課題

要讓嵌入式領域更能接受Linux，眼前還有一些課題需突破。根據2004年上半年Venture Development公司的一份報告，工程師們認為在即時性上的限制是阻礙Linux得到更廣泛應用的最重要因素。

RTOS性能的提升

對於很多的嵌入式系統來說，即時作業系統（Real-time OS，RTOS）是不可或缺的。以一個MPEG影像的播放功能來說，如果採用一般的作業系統來播放，可能會出現讓用戶難以接受的高丟失訊框率；但若使用RTOS，系統設計工程師就能準確地控制軟體過程的執行程序，讓播放品質能得到保證。

在嵌入式系統中，這類對立即反應的應用需求相當普遍，也是VxWorks、pSOS、Nucleus和iTRON等即時作業系統受到業界肯定和重視的原因。因此，Linux要能更多的開發者轉移過來，就得提供支援開發人員及時執行各種重要任務的優良RTOS。

在嵌入式應用程式的設計中，可分為即時性能與固有的非即時性能兩個部分(表一)、(圖二)，而在即時性能上，還進一步分為軟即時（soft real-time）性能與硬即時（hard real-time）性能。雖然沒有嚴格的定義，硬即時性能一般是指系統每一次都可滿足規定時序要求的能力，大多數這樣的系統提供幾毫秒或更短的響應時間；另一方面，軟即時系統能滿足大部份，但不能滿足全部的時序要求。

《圖二　嵌入式系統運作架構》

資料來源：EETimes

在開放原始碼團體所發佈的Linux 2.6最新版本中，已提供了一些有限形式的即時性能。但要做到要求嚴格的硬即時性能，以順利執行周期性任務、處理中斷並與I/O設備驅動程式通訊，以採集或輸出類比和數位資訊等關鍵任務，Linux仍有一段發展的路要走。目前已小有成就的是MontaVista，該公司已發佈了硬即時Linux核心的參考建置方案，計畫在2005年初發佈一款以即時核心為主的產品，並設想將它應用在雙處理器智慧手機和單處理器低階手機上頭。

安全性的強化

由於嵌入式設備開始與網路連結，這除了帶來便利，同時也引發和個人電腦連網相同的問題，也就是極可能遭受攻擊，或被入侵系統。因此，嵌入式系統的安全性也成了關鍵性的議題。

目前設備商開始要求作業系統能能滿足由CC EAL-7定義的嚴格的多層安全（Multi-level Secure）需求，Linux在這方面顯然還有許多需要加強的地方。新的典範作法是建置開放標準式的安全架構，取代過去另人費解的安全作法，美國國家安全局（National Security Agency，NSA）即提出了一個多重獨立層安全（Multiple Independent Level Security，MILS）架構，在這個架構中，除了必須要的安全功能外，其他都移出核心外。整個架構基於一個很小的分割核心（Partitioning Kernel，PK），此PK位於系統的最底層，而這一層是唯一被允許採用私有核心模式的軟體部分。

此外，LynuxWorks公司也開發出一個符合CC EAL-7安全性的獨立核心，讓它能做到最高的安全性。這個獨立核心可以保證包括Linux和其他開放標準式的軟體，都能在其上運作，而且是在它自己的安全分割下，又符合EAL-7的無漏洞系統環境。最重要的是，有了這樣的安全核心，現今使用的嵌入式軟體工具和應用軟體，都能很容易的被安置在一個EAL-7的Linux安全環境中。

標準組織的推展

在標準組織方面，為了擴展Linux在消費電子產品中的應用，已有多個國際性的組織陸續成立，並已提出相關的規格標準。

國際性標準組織

嵌入式Linux聯盟（ELC）

較早也較具影響力的組織是由Red Hat、IBM和MontaVista等公司所成立的嵌入式Linux聯盟（Embedded Linux Consortium，ELC）。ELC在2002年年底即發佈了ELC品規範版本1.0（ELCPS）。ELCPS是力求定義和歸類一些標準的嵌入式系統APIs的一個嘗試，若能夠被廣泛地採納，各種軟體元件都可以運行於不同的嵌入式Linux版本。例如，一個企業先利用了A廠商的嵌入式Linux系統為其網路路由器開發了軟體，以後新增的路由器又採用了B廠商的嵌入式Linux系統，那麼先開發的軟體可以順利地移植到新的系統中。

ELCPS是建立在一些現成的標準之上，包括提高標準Linux發佈的相容性的Linux Standard Base（LSB）、簡單的UNIX規範Single UNIX specification和IEEE POSIX 1003.1.2001。

消費性電子Linux論壇（CELF）

另一個具份量的組織是消費性電子Linux論壇（Consumer Electronic Linux Forum，CELF），它在2003 年 6 月 24 日正式成立。此論壇的成員包括日立、NEC、松下、飛利浦、三星、夏普、Sony、東芝，以及50多家其他的公司，並已在2004年中發表了第一個CELF規範和作為Linux開放源碼修補程式的實施參考手冊。

在這份手冊中，CELF的一些工作小組提出了一些修補程式，可用來讓消費電子產品能更快的啟動和關閉Linux作業系統，並減少耗能和所需的記憶體容量，進而讓開發者能更快、更容易的研製產品，並及早推出市場。此外，各種產品之間也能更容易相互溝通協作。

日本EMBLIX聯盟

在日本方面，也有由Centura軟體公司帶頭成立的EMBLIX嵌入式Linux聯盟。該組織以將嵌入式Linux發展成新的國際標準為目標，因而致力將其週邊技術如軟體元件、工具和API等標準化。此外，該聯盟也與海外嵌入式Linux聯盟和日本相關組織之間的積極進行資訊交流。

國內嵌入式Linux平台

在國內的部分，由工研院與資策會合作研發的嵌入式Linux平台，也在日前（2004年11月25日）展示了初步成果。政府在今年正式啟動的「阿里山日出計畫」，目的在推動五大類Linux-based系統，包括數位家庭、智慧型手機、IP電話、個人音樂播放器(personal media player)及IP-TV。而此次展示的成果為「特殊具時效工業技術發展計畫」的第一項研發成果，該平台架構並已結合威盛的處理器推出原型機。

該計畫在2004年的目標是打造好Linux的平台架構，此一平台預計在年底釋出開放原始碼，提供有意開發Linux裝置的廠商下載使用，作為未來廠商研發數位家庭、掌上型設備的基礎。此外，在應用上先以「數位家電開發平台」為重點，其核心由工研院電通所負責開發，而由資策會網路多媒體研究所開發Linux的圖形化使用者介面(GUI)。在第二年（2005年）的發展重點將放在智慧型手機與個人娛樂產品等掌上型裝置。

結論

Linux在嵌入式系統中的重要性與日俱增，已是不容置疑的大勢。隨著Linux 2.6核心的推出，讓Linux又增添了很多非常有利於嵌入式應用的功能。除了在即時性能上的增強外，它也具有更方便的移植性、支援大容量的記憶體，以及對微控制器和I/O系統支援性的改進等。關於Linux 2.6與Linux 2.4.18的工作響應時間比較，請參考(圖三)。

《圖三　Linux 2.6與Linux 2.4.18的工作響應時間比較》

資料來源：www.diku.dk

因此，市場上將出現更多建立在嵌入式Linux之上的最新解決方案，不僅針對像家庭網路閘道器和無線接取等的垂直應用，而且還會將先進的標準週邊設備，如USB 2.0、FireWire和MPEG CODEC等也整合進來。

針對特定地區Linux技術的標準化也在如火如荼的推動中，如亞洲本地語言輸入方法和本地語言輸出；此外，嵌入式Linux也得因應系統單晶片（SoC）、射頻介面、電源管理和多媒體協同處理器等硬體技術的演進，提供完整的平台解決方案。這些工作都不是由特定的廠商或團體在進行，而是由來自於全球各地的開放社群成員所共同參與。這種眾志成城的力量，怎能小覷呢？

（作者擔任電子資訊產業媒體工作者多年，現為自由作家，聯絡方式：ovenou@yahoo.com.tw）