A Phi Innovations acaba de concluir seu primeiro trabalho de migração (port) de Linux Kernel para uma nova plataforma.

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Este artigo tem o intuito de esclarecer, ou pelo menos informar, qual é o real valor de uma distribuição Linux comercial para o desenvolvimento de um novo produto.

Hoje em dia se fala muito em Linux em todos os lugares. Inclusive foi tema de apresentação da LinuxCon Brasil 2010.

 

Realmente pensando em minha profissão, nos produtos disponíveis hoje e nas possibilidades de personalização, aplicações incríveis são possíveis.

 

Eu trabalho diretamente com a viabilização de Linux em equipamentos. Nós elaboramos distribuições específicas de Linux para que equipamentos eletrônicos possam executar suas aplicações em um sistema operacional consagrado de forma totalmente otimizada para sua necessidade.

 

Em ambiente profissional, vejo aplicações diversas e interessantes usando Linux. Equipamentos médicos, automotivos, sistemas de controle, telecomunicações. Em produtos de consumo eu não preciso nem comentar, pois é o ambiente onde a presença do Linux e suas derivações se mostra de maneira mais nítida

 

E, nesses produtos de consumo, é onde o lado profissional se mistura muito com o lado pessoal. Através de distribuições como OpenWRT e de sites como o Hack A Day, hobbystas podem fazer aplicações interessantes através da personalização de produtos que rodam Linux.

 

Um caso interessante foi através de uma conversa com um amigo alemão. Ele contou que transformou um Seagate Dockstar em um servidor de streaming de video de TV digital (no caso dele, na Alemanha), usando um receptor de sinal de TV digital na forma de uma chave USB. E o Dockstar é um dispositivo inicialmente proposto para ser um case para HDs portáteis da Seagate se tornarem NAS em uma rede local em uma casa.

 

Além de aparelhos como este Dockstar, roteadores são outros dispositivos interessantes com várias capacidades de personalização usando Linux. São infinitas possibilidades.

Recentemente andei procurando por eventos específicos sobre Linux embarcado no Brasil. Não achei nada relativo diretamente a Linux embarcado. Passei então a procurar por eventos relacionados ao sistema operacional Linux.

 

Fiquei surpreso ao descobrir que este ano houve uma edição do LinuxCon, possivelmente um dos principais eventos sobre o sistema operacional. E que, além de um evento importante como este, importantes personagens do mundo open source estiveram presentes, como Linus Torvalds, Andrew Morton e John Maddog Hall.

 

Como eu só fiquei sabendo do evento após a sua realização, eu não fui. Porém, acompanhei os resultados a partir da LWN e também do post do blog do Sergio Prado.

 

E, sem dúvida, o assunto que eu achei mais interessante de todos os que eu li foi o Projeto Cauã. Pretendo fazer meus comentários sobre o plano de negócios em breve.

Na semana passada o Departamento de Recursos Humanos da India anunciou o lançamento de um tablet de US$ 35,00. Este preço ainda pode ser reduzido para US$ 20,00, caso o governo indiano subsidie o equipamento.

Realmente trata-se de um grande avanço no que se refere a computadores ultra-low cost. Eu, particularmente, tenho uma certa dificuldade em imaginar como foi possível chegar a esse valor. Mas tenho algumas idéias:

• O subsídio do governo indiano vai além do valor para chegar aos US$ 20,00. Já deve existir subsídios para chegar no valor de US$ 35,00.
• Utilização do poder de barganha de uma população de mais de um bilhão de pessoas.

Como foi anunciado o protótipo, então o valor é apenas uma estimativa. Mas, mesmo que se chegue em valores próximos dos US$ 100,00, já é uma conquista importante.

Agora, observando do ponto de vista técnico, ele também é um equipamento sofisticado. Acesso remoto, Wifi, Webcam, capacidade de reprodução de vídeos. Para execução destes recursos já é necessário um processador com capacidade de processamento razoável. O que mais me intrigou foi uma especificação na qual se deseja usar ferramentas de cálculo como Scylabs. Assumindo que, por ser um tablet, a interface com o usuário vá consumir uma importante capacidade do processamento da CPU, eu não consigo imaginar a agilidade de execução de operações deste software. Vamos aguardar pelos resultados.

A escolha do Linux como sistema operacional de base não é de espantar. Eu imagino que a distribuição usada seja algo na linha do Meego ou Android. Acredito que deve ser um Linux com controle mais restrito na instalação de software e acesso aos seus recursos internos.

Realmente o avanço nos computadores portáteis ultra-low cost é impressionante. Interessante seria ocorrer avanço na mesma velocidade de softwares capazes de educar as pessoas de maneira mais humana e eficiente.

O Linux embarcado não é um exatamente um software único no qual se carrega em uma unidade de memória e, quando se liga o computador, ele passa a executar e a controlar o computador. O Linux, tanto em sua forma embarcada quanto em sua forma convencional, é composta de componentes de software que, juntos, realizam as atividades comumente observadas em sistemas operacionais convencionais.

 

O intuito deste artigo é apresentar os componentes de um sistema operacional Linux embarcado e mostrar brevemente as dificuldades encontradas pelos profissionais especializados em Linux embarcado em suas atividades.

 

De um modo geral, os três principais componentes de um sistema operacional Linux são os seguintes:

• Boot Loader
• Kernel
• Root Filesystem

Cada um destes componentes será descrito separadamente.

 

Boot Loader

 

O objetivo preliminar do boot loader é carregar o kernel do Linux e iniciar o procedimento de boot. Na prática, trata-se do software responsável pela inicialização da placa na qual o Linux será executado. Dentre suas atividades, podemos citar:

1. Detecção e ativação dos periféricos presentes no hardware
2. Carregar o kernel do Linux localizado em seus mais diversos lugares possíveis (memória Flash, disco rígido, servidor de arquivos na rede, cartão de memória externa, outro computador comunicado pela porta serial, entre outros)
3. Executar o kernel do Linux - procedimento de boot - enviando os parâmetros iniciais de boot que apresentam os comportamentos iniciais do sistema.

O kernel do Linux é executado a partir da memória RAM do sistema. Uma vez iniciado o sistema operacional, este realiza uma comunicação inicial de boot, na qual o bootloader informa alguns parâmetros ao Linux de forma que ele execute o boot de forma apropriada. Entre alguns parâmetros, pode-se destacar: console na tela ou na porta serial, endereço IP inicial do equipamento, localização do root filesystem, entre outros.

 

O boot loader, da mesma forma que o kernel, deve ser específico para a placa. O boot loader deve reconhecer a memória RAM, ROM e interfaces de comunicação presentes na placa, além, claro, do próprio processador onde é executado. Geralmente para cada hardware existe um boot loader específico com os respectivos drivers funcionando perfeitamente. Caso o sistema possua uma memória na qual o bootloader não possua suporte, é necessário que este suporte seja implementado. Este trabalho é geralmente realizado na forma de drivers para boot-loaders.

 

Exemplos de boot-loaders para Linux:

• U-Boot
• Redboot
• GRUB
• Lilo

Kernel

 

Trata-se do núcleo do Linux propriamente dito. É onde se encontra o núcleo do sistema operacional (escalonador), o gerenciamento de memória, de periféricos. É onde se encontram as intruções de gerenciamento de processos e dispositivos em si.

 

Dentro do universo de sistemas embarcados, é no kernel onde se encontram os drivers - os códigos que realizam a comunicação entre os diversos mecanismos que o hardware se liga com o "mundo" e o sistema operacional bem como as aplicações que são executadas neste sistema operacional.

 

Da mesma forma que o boot-loader, existe um kernel para cada hardware. E para cada hardware, existe um conjunto de drivers responsáveis pela realização da comunicação do dispositivo. Quando um projetista de software se depara com um novo trabalho de personalização de linux para uma determinada placa, o primeiro passo é identificar os periféricos e checar a disponibilidade de drivers para os componentes escolhidos pelo projetista de hardware. Caso existam drivers disponíveis, eles podem ser aproveitados. Caso contrário, novos drivers devem ser implementados. E cada driver possui uma complexidade diferente.

 

Root Filesystem

 

Trata-se do componente que "dá a cara' do Linux instalado no hardware. Trata-se do sistema de arquivos raiz. É o local onde são armazenados os aplicativos, as bibliotecas e os arquivos de dados usados em aplicações. O que diferencia as distribuições são as diferentes maneiras nas quais os sistemas de arquivos são implementados e organizados.

 

Dentre as atividades de um projetista de Linux embarcado, a definição do root filesystem é de extrema importância. As principais razões são:

• Talvez não seja possível compilar uma determinada biblioteca (por exemplo, uma biblioteca de plotagem de gráficos) para um determinado processador, ou para uma determinada versão de processador,
• Talvez o root filesystem seja tão grande que não se tenha mais espaço sobrando na memória flash interna do equipamento para o software aplicativo, ou para os arquivos de log, ...

Uma abordagem muito comum usada, principalmente pelos iniciantes ou para aqueles que não pretendem se aprofundar muito na parte interna do Linux é a de adotar uma distribuição padrão conhecida (por exemplo, Debian) e usá-la diretamente em um sistema embarcado. Nestes casos, a placa na qual o Linux vai rodar possui uma interface de cartão de memória externo (cartão SD) e o root filesystem é instalado no cartão. Uma versão mínima do Debian necessita de aproximadamente 500MB para funcionar, então nestes casos um cartão de 1 GB resolveria.

 

Porém, existem situações onde o Linux deve rodar em uma memória Flash de 8MB, incluindo o kernel e o bootloader. Nestas situações, dificilmente será possível utilizar uma distribuição convencional e outras estratégias para elaboração do Linux são necessárias.

Este pequeno artigo é dedicado às pessoas que se perguntam:

• O que é Linux embarcado?
• Por que se usa Linux em sistemas embarcados?
• Qual é a diferença entre o Linux embarcado e o Linux não-embarcado?

Linux embarcado é uma versão adaptada do sistema operacional Linux presente nos computadores pessoais e servidores para atender às necessidades de software presente em sistemas embarcados modernos.

 

O Linux embarcado surgiu a partir da evolução dos microprocessadores. Talvez o mais correto seja dizer que partiu da evolução dos microcontroladores. Surgiram no mercado processadores que dispunham das características de conectividade dos microcontroladores, mas com capacidade de processamento sensivelmente superior. Estes microprocessadores também dispunham de unidade de gerenciamento de memória (Memory Management Unit - MMU). As consequências diretas do surgimento destes computadores são duas: 1) as aplicações que exigem estes dispositivos são bem mais complexas, do ponto de vista de sofware embarcado e 2) é necessário um sistema operacional para gerenciar o funcionamento deste dispositivo e dos periféricos. E o Linux se apresentou como um sistema operacional apropriado para atender esta nova necessidade, uma vez que é de código aberto e altamente modularizado. E o Linux, por ser um sistema operacional consagrado em ambiente PC, se tornou uma alternativa bem interessante para desenvolvimento de aplicações em ambiente embarcado.

 

A principal diferença entre um Linux embarcado e sua versão em PC é que o primeiro é personalizado para funcionar na placa na qual o Linux irá rodar, enquanto uma versão para PC do Linux pode ser usada para qualquer tipo de computador. Quando se fala em Linux embarcado, deve-se sempre ter em mente para qual placa (ou plataforma) este Linux está preparado. E é necessário realizar um trabalho bem específico de personalização, uma vez que em uma placa o sistema operacional deve ocupar o menor espaço possível, de forma que a memória disponível no equipamento seja maximizada para a implementação de aplicações que transformam um hardware em um produto.

Neste primeiro artigo, pretendo apresentar o mais novo anúncio realizado pela ARM, consagrada empresa fabricante de processadores, de sua mais nova iniciativa de acelerar a viabilização do sistema operacional Linux em seus processadores: a organização Linaro (www.linaro.org).

 

A organização sem fins lucrativos Linaro, encabeçada pela fabricante de processadores ARM, tem o objetivo de organizar o desenvolvimento de software embarcado baseado em Linux. Os membros desta entidade são: ARM, Texas Instruments, Freescale, ST-Ericsson, Samsung e IBM. Com excessão da ultima, são empresas que oferecem produtos baseados na arquitetura ARM.

 

O principal objetivo desta entidade não é o surgimento de uma nova distribuição. O objetivo é o fornecimento de ferramentas de desenvolvimento e versões iniciais de componentes Linux (mais conhecidos como Board Support Packages - BSPs) que permitam a implantanção do Linux de forma mais confiável e prática e, consequentemente, acelerar o processo de desenvolvimento de produtos.

 

Trata-se de uma iniciativa inovadora, dentre as diversas iniciativas já existentes de uniformização do Linux - em especial, do Linux embarcado. Atualmente a maioria das iniciativas atuais se baseiam em desenvolver um Linux embarcado "universal", onde a partir de um CD (no caso de Linux embarcado, uma imagem), é possível instalar o mesmo software em qualquer placa, ou em qualquer produto. Como esta abordagem é muito difícil (para não dizer, impossível), as iniciativas visam atender algumas necessidades de mercados recentes.

 

Alguns exemplos de iniciativas de uniformização do Linux embarcado:

• Meego (www.meego.org) - A proposta do Meego é ser uma distribuição Linux de referência para tablets e netbooks. É a fusão de dois projetos anteriores: o Maemo (distribuição Linux baseado em ARM, patrocinado pela Nokia, para ser usado em seus tablets, em especial o N800 e o N900) e o Moblin (distribuição Linux baseado em x86, patrocinado pela Intel, para ser usado em netbooks). A fusão dos dois projetos foi um importante avanço, no sentido de que se trata de uma mesma distribuição Linux para duas arquiteturas de processadores completamente diferentes.
• Mobile Linux Initiative (http://www.linuxfoundation.org/collaborate/workgroups/mobile-linux) - Iniciativa que tem o objetivo de acelerar a adoção do Linux em dispositivos portáteis. Projeto patrocinado pela Linux Foundation
• LiMo Foundation (http://www.limofoundation.org) - Iniciativa que tem o objetivo de oferecer um sistema operacional Linux independente de hardware para dispositivos móveis.
• Consumer Electronic Linux Forum (www.celinuxforum.org) - Comunidade de desenvolvimento de software de código aberto. Comunidade formada por empresas e engenheiros que discutem maneiras de tornar o sistema operacional Linux cada vez melhor para utilização em dispositivos móveis.

A principal inovação do Linaro é o fato de que o desafio deixa de ser no sentido de implementação de um Linux universal, mas na uniformização dos componentes que permitem a concepção de um novo Linux (Pretendo escrever em breve um outro artigo explicando sobre os componentes de um projeto de Linux embarcado). O software que resultar deste projeto será usado para criar projetos de Linux (BSPs).

 

Esta iniciativa também pretende resolver um problema encontrado pelas empresas que patrocinam os projetos. A ARM não é uma fabricante direta de processadores. Ela vende a propriedade intelectual (PI) de seus núcleos para as empresas fabricantes de processadores (Texas Instruments, Freescale, ...) que utilizam os núcleos juntamente com recursos especializados que são diferenciais competitivos destas empresas (interface de vídeo, DSPs, ...) e os disponibilizam no mercado.

 

O resultado disso, na maioria das vezes, é que um mesmo compilador para um processador ARM9, por exemplo, não funciona para gerar código em processadores de dois fabricantes diferentes que utilizam o mesmo núcleo processador. E como a composição do Linux embarcado é formada pela configuração de CPU e configuração de placa (periféricos), as atividades de preparação do BSP é dobrada.

 

Uma vez que a Linaro disponibilize compiladores, drivers para Linux para os processadores, o processo de desenvolvimento de plataformas de Linux embarcado não só é reduzido como a confiabilidade aumenta. E é interesse das fabricantes de processadores que o suporte ao Linux em seus processadores seja mais eficiente e menos arriscada. E é este o principal objetivo da Linaro.

 

A IBM, juntamente com a Freescale, são os principais projetistas e fabricantes dos processadores PowerPC. Trata-se de uma família de processadores consagrada dentro dos sistemas embarcados e que possui extenso suporte a Linux em seus processadores. Apesar do projeto ser liderado pela ARM, é interessante que todos os fabricantes de arquiteturas de processadores (ARM, PowerPC, MIPS, x86) participem deste projeto. Os principais beneficiários do resultado desta iniciativa são os desenvolvedores de produtos, que passarão a usar um sistema operacional aberto, de excelente qualidade, a um risco menor.

Sejam bem vindos ao blog LinuxEmbarcado. O intuito deste blog é o de apresentar artigos e notícias relacionadas a este fascinante tema que é a instalação do sistema operacional Linux em sistemas embarcados e no desenvolvimento de software para equipamentos eletrônicos.