Всепроникающая Linux

Бытовые встраиваемые системы и робототехника – две самые важные «большие вещи» для производителей электроники. И в этих пока только формируемых областях небо над ОС Linux пусть не кажется вовсе уж безоблачным, но, используя пафос речей Великого Кормчего, – путь системы виден, и он светел.

Начнем мы этот короткий обзор с небольшого, но очень важного и даже в какой-то мере удивительного (потому что об этом очень и очень редко говорят) отступления. Окружающие нас технические артефакты очевидно делятся на две категории – модифицируемые пользователем (hackable) и практически никогда не модифицируемые (unhackable). Даже самым отпетым гикам (geek – слово с интересной этимологией, спектр значений которого простирается от «сумасшедший» через «цирковой уродец» до невинного чрезмерно любопытного и увлеченного радиолюбителя-программиста-химика-etc) практически никогда не приходит в голову модифицировать холодильники, телевизоры, стиральные и посудомоечные машины, микроволновые печи, электробритвы и прочие весьма полезные и забавные повседневные доступные и весьма непростые предметы. Мир unhackable-устройств остается этаким тихим островком соблюдения простого и скучного правила выбора «по карману и бренду». В мире hackable-устройств все сложнее, здесь свои правила и свой накал страстей – компоненты и готовые изделия выбираются на основе сложных оценок потенциала, производительности, заявленных и незаявленных возможностей (список можно продолжать). Самое интересное во всем этом – выраженная в прибыли (явной и неявной) всех участников жизненного цик-ла изделия его принадлежность к первому или второму классу. И динамика изменения этой прибыли в зависимости от сложности и характера изделий. Без всяких сомнений, такие оценки имеют право на существование – рынок ПК, например, начинался с фундаментально hackable 8-битовых конструкторов и, как поговаривают некоторые, заканчивается почти unhackable планшетами-терминалами с ограниченной собственной функциональностью, ориентированными на использование удаленных ресурсов. Как бы там ни было, при миграции изделий из категории hackable в категорию unhackable решение сопутствующих задач расширения функциональности, автоматизации и минимализма пользовательского интерфейса требуют локальных вычислительных мощностей. И, естественно, программного обеспечения (в той же электробритве, например, вполне может на невидимом сигнальном процессоре «пыхтеть» более чем непростой алгоритм векторного управления электромоторчиком). Иными словами, перевод изделия в категорию unhackable означает, что ПО становится не просто невидимым пользователю, а оно настолько интегрировано в фундаментальную обыденную функциональность, что тут уже просто нечего модифицировать – любая модификация окажется или излишней (бесполезной), или потенциально опасной.

Как уже понятно из преамбулы, мы будем говорить о мире unhackable-устройств. И об их системном ПО, точнее по большей части – о роли и состоянии ОС Linux в этой области. Потому что цепочка недавних событий в Linux-мире требует позитива. Как ни прискорбно об этом говорить, но тот же всплеск популярности нетбуков выявил явную переоценку готовности дистрибутивов к массовому использованию даже на ПК с ограниченной в силу формфактора и технических показателей функциональностью (это не личное мнение автора статьи, а доказанный количеством возвратов изделий разных производителей факт). Затягивание сроков выхода планшетных компьютеров под управлением ОС на базе Linux, высокие цены смартфонов с ОС Android при фактически той же функциональности и «начинке», которые мы видели в предшествующих семействах с ОС Windows Mobile, все это восторгов не добавляет. Зато в мире невидимых, но постоянно нужных вычислений Linux чувствует себя весьма бодро. Что не может не радовать.

Одним из самых важных сравнительно недавних событий и одним из самых значимых факторов в мире встраиваемой Linux стало, конечно же, приобретение Intel компании WindRiver. Для массовой аудитории эта сделка осталась вещью в себе, на самом деле она очень важна, и некоторые ее плоды уже можно пожинать. В частности, в июле нынешнего года WindRiver отметилась первым встраиваемым (embedded) дистрибутивом Linux, прошедшим сертификацию на основании международного стандарта «Общие критерии оценки защищенности информационных технологий» (кратко – Common Criteria, ISO/IEC 15408) на соответствие уровню EAL4+. Это факт одновременно и радующий специалистов, и выявляющий некоторые особенности развития встраиваемых дистрибутивов Linux. Дело в том, что уровень EAL4+ – далеко не что-то особенное (ему соответствуют, например, Windows XP, большинство коммерческих ОС, серверных дистрибутивов Linux, некоторые UNIX-клоны и UNIX-подобные системы). Для сравнения: собственная, с нуля разработанная WindRiver ОС VxWorks сейчас проходит проверки на соответствие куда более жестким и серьезным требованиям (EAL6+, и это очень серьезно – EAL6-сертифицированная ОС INTEGRITY-178B используется в бортовых системах как боевых, так и гражданских серийных самолетов).

Второй важный фактор, без учета которого любая попытка оценки состояния встраиваемых версий ОС Linux станет пустышкой, – всеобщее принятие и поддержка Linux разработчиками систем на чипе (SoC), процессоров и микроконтроллеров. Достижения в этой области – бальзам на раны любого «линуксоида». Итак, давайте бросим беглый взгляд на происходящее. После приобретения известного в мире embedded Linux разработчика MontaVista производителем специализированных микропроцессоров архитектур ARM и MIPS Cavium Network, Linux получила мощную инструментальную поддержку для разработки ПО на всех уровнях (системном и прикладном), в первую очередь это касается 64-битовых многоядерных процессоров MIPS-семейства. Freescale, некогда бывшая частью полупроводниковых подразделений Motorola, для своих систем на чипе (а это семейства PowerPC, ARM и ColdFire), распространяет эффективный и относительно несложный инструментарий LTIB (Linux Target Image Builder), позволяющий максимально автоматизировать генерацию полноценных работоспособных дистрибутивов системы (а не лишь ядра ОС) для дальнейшего использования в конечных продуктах. Объединение еще двух чипмейкеров, NetLogic и RMI, привело к распространению технологий RMI за пределы продуктового ряда компании, и теперь сервисы поддержки мультипроцессорных архитектур собственной ОС RMI доступны в виде библиотеки для Linux не только для процессоров RMI. Перечень можно продолжать долго – сегодня практически каждый производитель всего, что способно исполнять машинные коды, де-факто поддерживает Linux. Это одновременно и большая победа, и источник проблем – «распыление» такой поддержки в условиях разнообразия архитектур встраиваемых вычислителей далеко не всеми специалистами отрасли принимается с радостью. В подобных условиях максимально укрупненная модель разработки конечного устройства с использованием какой-либо встраиваемой версии Linux выглядит примерно так: компания-разработчик выбирает архитектуру вычислителя и поставщика аппаратных средств, после чего получает возможность или самостоятельно, на основании поддержки Linux поставщиком, создать требуемый дистрибутив, или приобрести готовый коммерческий дистрибутив (если он существует для выбранной платформы). Оба варианта увеличивают сроки и требуют дополнительных ресурсов, особенно в случае использования новых аппаратных средств (такое в embedded-мире вовсе не редкость, а, наоборот, правило – пока устройство выйдет на рынок, его новая начинка станет или относительно новой, или даже совсем не новой). Картина становится еще более настораживающей, если вспомнить тот факт, что SoC – это не только процессорные ядра специфической архитектуры, это еще и множество системных аппаратных компонентов (периферии на том же кристалле), это и вопросы интеграции SoC-микросхемы со всевозможной и неизбежной «обвязкой». Отсутствие какой-то централизованной модели, программной архитектуры или хотя бы вербального стандарта, позволяющих упорядочить отношение ко всему этому разнообразию в пределах всего embedded-Linux сообщества, – та ложка дегтя, которую никак нельзя не добавить в большую бочку сладкого всеобщего одобрения и поддержки системы. Впрочем, раз задача есть, она известна, и уже фактически сформировалась индустрия поддержки развития embedded-Linux, значит, и этой задаче будет найдено решение – всему свое время.

Третий фактор – улучшение качества инструментальной поддержки. Здесь не может не впечатлить последовательная политика Intel, очевидно выстраивающей настоящего embedded-Linux гиганта. Речь идет вовсе не о традиционном GNU-лицензированном наборе средств разработчика – он, без сомнения, очень хорош и заслуженно популярен, но при проектировании серьезных встраиваемых систем или любых, но в краткие сроки и с заданным уровнем качества, обычного инструментария GNU категорически и катастрофически недостаточно. Нужны высокоуровневые средства проектирования, позволяющие быстро создать виртуальный прототип устройства, изучить его, иметь возможность моделировать устройство с высокой степенью детализации и впоследствии создавать его реализацию способом непрерывной детализации проверенной модели. Поэтому приобретение WindRiver (уже находящейся в составе Intel) производителя уникального многоуровневого симулятора встраиваемых систем Virtutech – Событие (именно с большой буквы). Возможность прототипировать и методом детализации проектировать системы на основе Linux – это спасение от проблем «распыления» поддержки ОС.

Итак, какое же будущее ожидает встраиваемую Linux? Очевидно, что даже с глубокими модификациями ей не тягаться с изначально создаваемыми c учетом требований жесткого реального времени (hard realtime) ОС. Очевидно, что уровень сертификации EAL6, требующий полуформальной верификации всей системы, для Linux с ее специфическим проектным процессом недостижим. И это, пожалуй, все, что омрачает прогнозы. Для функционально насыщенных бытовых устройств (в первую очередь – робототехнических) Linux постепенно становится претендентом на роль платформы № 1. Точку над «i» поставит время – не следует сбрасывать со счетов далеко не слабые позиции как конкурирующих конкретных встраиваемых систем (например, Nucleus с инсталляционной базой более 2,1 млрд. копий), так и плодов принципиально иных подходов к проектированию встраиваемого ПО (достаточно вспомнить японский проект T-Engine, наследник TRON, в исполнительный комитет которого входят все монстры японской промышленности).

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365