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介面技術  

讓整個世界變成一台巨型電腦

上網時間: 2005年11月25日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:普及運算  TRON  作業系統  嵌入式系統  即時作業系統核心程式 

早在‘普及運算(pervasive computing)’這個名詞發明以前,Ken Sakamura就已經開始討論此一概念。身為東京大學教授的Ken Sakamura可以說是日本最著名的電腦架構設計師。1984年,當他設計著名的開放式架構‘即時作業系統核心程式(TRON)’時,就首次提出了互聯泛在運算構想。從那時起,Ken Sakamura領導了TRON專案和幾項衍生專案,專門開發針對某一特定環境(在這種環境中,所有事物都可以與電腦整合併連接至網路)的核心技術。例如,2002年建立的T-Engine論壇旨在推動圍繞TRON的嵌入式開發。而一年之後誕生的泛在ID中心(Ubiquitous ID Center)目的則在於傳播以其‘泛在識別碼(Ucode)’概念為中心的RFID技術。作為普及運算的基本架構,Ucode可以利用特有的編碼識別所有事物,範圍從超市貨架上的罐裝豌豆到帝國大廈的建築群都包括在內。

在最近接受EE Times的採訪時,Sakamura向我們展示了他的最新發明─微型泛在通訊儀。這台火柴盒般大小的個人識別儀器可以用作門禁鑰匙、電子貨幣和PC認證。

EET:上世紀80年代你開發TRON的初衷是什麼?

Sakamura:當時,美國在資訊系統(如PC和工作站)領域處於世界領先地位,而日本則以消費電子見長。因此,我對消費性產品中的嵌入式運算非常感興趣。當時我很確定,未來的軟體將詮釋消費性電子產品的全部功能。因此,我認為籌備一個能夠高效推動高性能軟體開發的作業系統刻不容緩。

既然作業系統是嵌入式系統的底層架構,它就應該是開放式的,只有這樣人們才能實現共享。作業系統只能工作在僅屬於某個個體的底層架構無疑並不合適。基於這種構想,20多年來,我一直在努力建構用於嵌入式系統的開放平台。

那時,作為一名東京大學研究所的研究助理,我希望我的工作能使更多人受益,而不是僅針對某個特定的公司。因此,開發TRON的初衷並不在於金錢;而TRON最強大的生命力也正在於它的開放性和完全免費。

EET:你在日本家喻戶曉,但在美國的名氣卻遠沒有那麼大。

Sakamura:日本與美國的產業結構存在很大的不同。在日本,嵌入式系統通常用於小型設備,如行動電話、數位相機或汽車引擎控制。在這些領域,日本佔有主導地位,而美國則處於弱勢。相反,在較為大型的系統,如PC、工作站和路由器領域,美國則非常活躍。

但是,最近像行動電話和汽車導航系統這樣的小型系統正在加入越來越多以往只適用於大型電腦系統的功能。同樣地,以往專注於大型系統設計的人員現在也開始對較小型系統(如行動電話或可攜式系統)產生興趣。我期望我們能找到兩者的共通之處。

EET:TRON系列目前包括用於嵌入式系統的ITRON、針對Java實現的JTRON、用於較大型系統(如PC和PDA)的BTRON和針對通訊系統的CTRON。這是否受益於TRON強大的靈活性?

Sakamura:確實如此,TRON具有很強的靈活性。例如,在Linux中,從小型系統到大型系統都能應用TRON。由於TRON是一個開放式架構,因此工程人員能利用它嘗試所期望的任意功能。一些工程師或許對將TRON應用於大型系統(如伺服器)很感興趣。

如果一種作業系統屬於開放式架構並且完全免費,那麼其用戶群將迅速擴張,而這種作業系統則會透過用戶的反饋不斷得到改進。這種力量十分驚人,而其完全受益於開放式架構。

TRON的基礎是‘硬’即時嵌入式系統。它可以用於行動電話、可以控制豐田汽車的引擎,還能實現數位相機的高速快門。

EET:ITRON目前是否已經得到嵌入式系統的廣泛支持?

Sakamura:ITRON已成為日本電子產業現行的基礎架構。在具有微處理器的嵌入式系統中,60%以上採用了TRON作業系統。其他的系統要麼不具備作業系統,要麼使用專有作業系統,而後者通常也是在ITRON的基礎上發展而來。因此目前在日本,嵌入式系統中大約有80%的作業系統都使用了ITRON。由於ITRON是完全免費的,不會有專利使用費,所以我也沒有透過TRON而成為百萬富翁。

EET:T-Kernel適合哪些應用呢?

Sakamura:T-Kernel是TRON的最新版本,具備增強的網路功能。T-Kernel與ITRON的基本架構完全相同,但透過升級增強了處理器對網路環境的處理。最終,所有的嵌入式微處理器都會具備網路接入功能。例如,電視機的遙控器可以利用裝備了TRON作業系統的微控制器連接到網路,這樣就能夠控制其他設備的作業,例如像控制電視機開關那樣控制電燈和空調的開關。

在將設備連接至網路的過程中,安全問題至關重要。如果安全無法得到足夠保障,那麼系統就無法投入實際使用。因此,我們必須建立一個具有最高安全等級的全新平台,而這是傳統嵌入式作業系統所不具備的。

EET:如何看待T-Engine?

Sakamura:在嵌入式系統開發過程中,硬體和軟體的協同開發是另一大挑戰。這與PC的軟體開發截然不同,因為PC的硬體固定而且可靠。在嵌入式系統中,硬體隨開發製程的進步而不斷變化。因此,很難確定是硬體還是軟體導致了故障的出現。

為了改善這一狀況,我們構建了全新的T-Engine平台,這樣我們就能採用標準化的硬體主板。利用這些主板,我們能夠協同開發硬體和軟體。

EET:那麼CPU問題呢?

Sakamura:嵌入式開發中的另一大問題是嵌入式微處理器或許會發生改變。由於成本和性能考慮,晶片上系統LSI的核心可能被其他一些核心取代。即使核心發生改變,設計工程人員仍然希望能夠採用之前的外部邏輯,但不同的微控制器卻有著不同的匯流排系統。

在T-Engine論壇的兩位成員Altera和Xilinx的通力合作下,該論壇已經發佈了融合各種不同微控制器匯流排的開放式FPGA邏輯架構。採用這種介面邏輯,即使改變核心晶片,在T-Engine主板上開發的軟體仍然可以應用於新的核心。現在,該介面邏輯支持大多數處理器,而且我們還在不斷地添加新的處理器。因此,在T-Engine開發環境下開發的軟體經過再編譯,將能夠自由選取核心晶片。

EET:晶片製造商目前也在推出SoC開發平台,T-Engine是否會和他們形成競爭?

Sakamura:市場上確實存在多種選擇。工程師可以自主決定是否採用TRON。如果他們找到一個更為合適的開發平台,他們當然可以使用這一平台。但是我堅信TRON將成為最後的贏家。我希望能將存在於PC和網際網路上的‘開放式’優勢植入嵌入式領域。如果我們能匯集全世界技術人才的智慧,不難想像我們將有怎樣的成就。在網路時代不具備‘開放’思維的人將無法在嵌入式系統領域生存。新時代已經來臨,看不到這點的人很難在嵌入式業務中立足。

EET:泛在ID中心的使命是什麼?泛在ID中心與RFID標準化組織EPCGlobal有何區別?

Sakamura:我們相信今後會出現多種類型的RFID業務,因此泛在ID中心將向各類RFID規範組織授權標準的ucode標識,只要其RFID格式是開放的。這與設定一種標準格式然後透過規模效益降低成本的EPCGlobal模式完全不同。

由於該技術仍在開發過程中,所以我們應該盡可能進行合作。如果EPCGlobal的RFID在完成之際能夠實現開放,那麼我們將對其在泛在ID下進行授權。但是,EPCGlobal似乎更專注於供應鏈管理應用,例如沃爾瑪所採用的模式。我們的目標不僅在於供應鏈管理,而且還包括安全保護,如醫療控制和食品追蹤。

此外,我們還瞄準了城市嵌入式晶片應用,也就是將ucode標識嵌入到道路和建築物中以建立定位訊息系統。這種標識可為個人導航系統用戶提供定位訊息,或者利用泛在環境中的訊息為殘障人士提供幫助。單純採用EPCGlobal的RFID似乎很難實現這些應用。

T-Engine論壇和泛在ID中心也正攜手走向世界。目前已在北京、上海、韓國、新加坡、泰國和越南建立了分支機構。過去,我們的注意力僅集中於亞洲,而現在則將擴展至歐洲。我們還計劃明年在美國擴展業務。

EET:泛在通訊儀是不是ucode的代表性產品?

Sakamura:確實如此,泛在通訊儀向人們展示了ucode系統究竟為何物。該設備可以透過USB連接進行充電而且功耗極低,因此用戶完全感受不到該設備是靠電池驅動的。即便在如此小的配置中,設備仍裝備了顯示螢幕和通訊天線。在如此小的設備中裝載嵌入式Linux是很難實現的。TRON的優勢在於,低功耗直接導致超長的電池執行時間。該設備可使行動電話的待機時間達到1,000小時。

我們的泛在通訊儀為ucode領域打開一扇大門,但是合作也至關重要。在T-Engine論壇的500名左右成員中,不乏像IBM、Oracle、微軟和昇陽這樣的大公司。如果將美國公司的技術優勢與我們自身的微技術相結合,那我們就能實現真正的普及社會,讓每個人都能隨時隨地存取訊息。

作者: 原好子




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