早在“普适计算(pervasive computing)”这个名词发明以前,坂村健(Ken Sakamura)就已经开始讨论这一概念。身为东京大学教授的坂村健可以说是日本最著名的计算机架构设计师。1984年,当他设计著名的开放式架构“实时操作系统核心程序(TRON)”时,就首次提出了互联泛在运算思想。从那时起,坂村健领导了TRON项目和几项衍生项目,专门开发针对某一特定环境(在这种环境中,所有事物都可以与计算机集成并连接至网络)的核心技术。例如,2002年建立的T-Engine论坛旨在推动围绕TRON的嵌入式开发。而一年之后诞生的泛在ID中心(Ubiquitous ID Center)的目的则在于传播以其“泛在识别码(Ucode)”概念为中心的RFID技术。作为普适计算的基本架构,ucode可以利用特有的编码标识所有事物,范围从超市货架上的罐装豌豆到帝国大厦的建筑群体。
在最近接受EE Times的采访时,坂村健向我们展示了其最新发明——微型泛在通信仪。这台火柴盒般大小的个人识别仪器可以用作门禁钥匙、电子货币和PC认证。
EET:上世纪80年代您开发TRON的初衷是什么？
坂村健:当时,美国在信息系统(如PC和工作站)领域处于世界领先地位,而日本则以消费电子见长。因此,我对消费类产品中的嵌入式运算非常感兴趣。当时我很确定,未来的软件将诠释消费类电子产品的全部功能。因此,我认为筹备一个能够高效推动高性能软件开发的操作系统刻不容缓。
既然操作系统是嵌入式系统的底层架构,它就应该是开放式的,只有这样人们才能实现共享。操作系统只能工作在仅属于某个个体的底层架构无疑并不合适。基于这种构想,20多年来,我一直在努力构建面向嵌入式系统的开放平台。
那时,作为一名东京大学研究生院的研究助理,我希望我的工作能使更多的人受益,而不是仅针对某个特定的公司。因此,开发TRON的初衷并不在于挣钱；而TRON最强大的生命力也正在于它的开放性和完全免费。
EET:您在日本家喻户晓,但在美国的名气却远没有那么大。
坂村健:日本同美国的产业结构存在很大的不同。在日本,嵌入式系统通常用于小型设备,如移动电话、数码相机或汽车引擎控制。在这些领域,日本占据统治地位,而美国则处于弱势。相反,在较为大型的系统,如PC、工作站和路由器领域,美国则异常活跃。
但是,最近像移动电话和汽车导航系统这样的小型系统正在加载越来越多以往只适用于大型计算机系统的功能。同样,以往专注于大型系统设计的人员现在也开始对较小型系统(如移动电话或便携式系统)产生兴趣。我期望我们能找到两者的共通之处。
EET:TRON系列目前包括面向嵌入式系统的ITRON、面向Java实现的JTRON、用于较大型系统(如PC和PDA)的BTRON和针对通信系统的CTRON。这是否得益于TRON强大的灵活性？
坂村健:确实如此,TRON具有很强的灵活性。例如,在Linux中,从小型系统到大型系统都能应用TRON。由于TRON是一个开放式架构,因此工程人员能利用它尝试所期望的任意功能。一些工程师或许对将TRON应用于大型系统(如服务器)很感兴趣。
如果一种操作系统属于开放式架构并且完全免费,那么其用户群将迅速扩张,而这种操作系统则会通过用户的反馈不断得到改进。这种力量十分惊人,而其完全得益于开放式架构。
TRON的基础是“硬”实时嵌入式系统。它可以用于移动电话、可以控制丰田汽车的引擎,还能实现数码相机的高速快门。
EET:ITRON目前是否已经得到嵌入式系统的广泛支持？
坂村健:ITRON已成为日本电子产业现行的基础架构。在带有微处理器的嵌入式系统中,60%以上采用了 TRON操作系统。其他的系统要么不带有操作系统,要么使用专有操作系统,而后者通常也是在ITRON的基础上发展而来。因此目前在日本,嵌入式系统中大约有80%的操作系统都使用了ITRON。由于ITRON是完全免费的,不会有专利使用费,所以我也没有通过TRON而成为百万富翁。
EET:T-Kernel适合哪些应用呢？
坂村健:T-Kernel是TRON的最新版本,具备增强的网络功能。T-Kernel与ITRON的基本架构完全相同,但通过升级增强了处理器对网络环境的处理。最终,所有的嵌入式微处理器都会具备网络接入功能。例如,电视机的遥控器可以利用装备了TRON操作系统的微控制器连接到网络,这样就能够控制其他设备的操作,例如像控制电视机开关那样控制电灯和空调的开关。
在将设备联接至网络的过程中,安全问题至关重要。如果安全无法得到足够保障,那么系统就无法投入实际使用。因此,我们必须建立一个具有最高安全等级的全新平台,而这是传统嵌入式操作系统所不具备的。
EET:如何看待T-Engine？
坂村健:在嵌入式系统开发过程中,硬件和软件的协同开发是另一大挑战。这与PC的软件开发截然不同,因为PC的硬件固定而且可靠。在嵌入式系统中,硬件随开发工艺的进步而不断变化。因此,很难确定是硬件还是软件导致了故障的出现。
为了改善这一现状,我们构建了全新的T-Engine平台,这样我们就能采用标准化的硬件主板。利用这些主板,我们能够协同开发硬件和软件。
EET:那么CPU问题呢？
坂村健:嵌入式开发中的另一大问题是嵌入式微处理器或许会发生改变。出于成本和性能考虑,片上系统LSI的内核可能被其他一些内核取代。即使内核发生改变,设计工程人员仍然希望能够采用之前的外设逻辑,但不同的微控制器却有着不同的总线系统。
在 T-Engine论坛的两位成员Altera 和赛灵思的通力合作下,该论坛已经发布了融合各种不同微控制器总线的开放式FPGA逻辑架构。采用这种接口逻辑,即使改变内核芯片,在T-Engine主板上开发的软件仍然可以应用于新的内核。现在,该接口逻辑支持大多数处理器,而且我们还在不断地添加新的处理器。因此,在T-Engine开发环境下开发的软件经过再编译,将能够自由选取内核芯片。
EET:芯片制造商目前也在推出SoC开发平台,T-Engine是否会和他们形成竞争？
坂村健:市场上确实存在多种选择。工程师可以自主决定是否采用TRON。如果他们找到一个更为合适的开发平台,他们当然可以使用这一平台。但是我坚信TRON将成为最后的赢家。我希望能将存在于PC和互联网上的“开放式”优势植入嵌入式领域。如果我们能汇集全世界技术人才的智慧,不难想像我们将有怎样一番作为。在网络时代不具备“开放”思维的人将无法在嵌入式系统领域生存。新时代已经来临,看不到这点的人很难在嵌入式业务中立足。
EET:泛在ID中心的使命是什么？泛在ID中心与RFID标准化组织EPCGlobal有何区别？
坂村健:我们相信今后会出现多种类型的RFID业务,因此泛在ID中心将向各类RFID规范组织授权标准的ucode标识,只要其RFID格式是开放的。这与设定一种标准格式然后通过规模效益降低成本的EPCGlobal模式完全不同。
由于该技术仍在开发过程中,所以我们应该尽可能进行合作。如果EPCGlobal的RFID在完成之际能够实现开放,那么我们将对其在泛在ID下进行授权。但是,EPCGlobal似乎更专注于供应链管理应用,例如沃尔马所采用的模式。我们的目标不仅在于供应链管理,而且还包括安全保护,如医疗控制和食品追踪。
此外,我们还瞄准了城市嵌入式芯片应用,即将ucode标识嵌入到道路和建筑物中以建立位置信息系统。这种标识可为个人导航系统用户提供位置信息,或者利用泛在环境中的信息为残障人士提供帮助。单纯采用EPCGlobal的RFID似乎很难实现这些应用。
T-Engine论坛和泛在ID中心也正携手走向世界。目前已在中国的北京和上海、韩国、新加坡、泰国和越南建立了分支机构。过去,我们的注意力仅集中于亚洲,而现在则将扩展至欧洲。我们还计划明年在美国扩展业务。
EET:泛在通信仪是不是ucode的代表性产品？
坂村健:确实如此,泛在通信仪向人们展示了ucode系统究竟为何物。该设备可以通过USB联接进行充电而且功耗极低,因此用户完全感受不到该设备是靠电池驱动的。即便在如此小的配置中,设备仍装备了显示屏和通信天线。在如此小的设备中装载嵌入式Linux是很难实现的。TRON的优势在于,低功耗直接导致超长的电池运行时间。该设备可使移动电话的待机时间达到1000小时。
我们的泛在通信仪为ucode领域打开一扇大门,但是合作也至关重要。在T-Engine论坛的500名左右成员中,不乏像IBM、Oracle、微软和太阳微系统这样的大公司。如果将美国公司的技术优势同我们自身的微技术相结合,那我们就能实现真正的普适社会,让每个人都能随时随地访问信息。
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坂村健
东京大学教授
日本最著名的计算机架构设计师
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作者:原好子
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