1 引言 TRON（The Real-time Operating system Nucleus）是一種在國內(nèi)的知名度非常低的嵌入式實時操作系統(tǒng)，但是卻占據(jù)了全球微處理器操作系統(tǒng)市場大約60%的份額，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了Windows的普及程度。它已經(jīng)安裝到了全球30億到40億臺電子產(chǎn)品當(dāng)中，涉及從數(shù)碼相機(jī)、通信設(shè)備、媒體播放器到汽車電子等廣泛領(lǐng)域。主要用戶包括NTT DoCoMo、Toyota、Cannon、Ricoh、Panasonic、Sony、NEC、Toshiba、Hitachi、Fujitsu等國際著名企業(yè)，且已在其各自的領(lǐng)域使用了20年。本文簡單地介紹TRON的發(fā)展、結(jié)構(gòu)及其典型應(yīng)用等，希望能有助于推動其在國內(nèi)的研究和應(yīng)用。 2 TRON與T-Engine簡介 TRON是由日本東京大學(xué)Ken Sakamura教授于1984年提出的計算機(jī)操作系統(tǒng)規(guī)范，目的是構(gòu)建一種理想的計算機(jī)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)新的計算體系——泛在計算環(huán)境（Ubiquitous Computing Environment）。所謂“泛在計算環(huán)境”是指將微型計算機(jī)嵌入到日常生活中的所有機(jī)器、設(shè)備、工具中，通過網(wǎng)絡(luò)相互通信，協(xié)調(diào)運(yùn)行，以實現(xiàn)高度計算機(jī)化的社會環(huán)境。為了使計算機(jī)嵌入到包括移動通信器等在內(nèi)的各種機(jī)器中，需要這種計算機(jī)結(jié)構(gòu)必須小型化并有很好的實時性能。為此，1984年Ken Sakamura教授提倡啟動了“TRON項目”。在這20年間，先后推出了ITRON（嵌入式系統(tǒng)實時多任務(wù)操作系統(tǒng)規(guī)范）、JTRON（Java與ITRON的混合操作系統(tǒng)規(guī)范）、BTRON（計算機(jī)及手機(jī)等終端的操作系統(tǒng)規(guī)范體系）、CTRON（以通信控制及信息處理為目的的操作系統(tǒng)接口規(guī)范）及TRON HMI（面向各種電子設(shè)備的人機(jī)界面標(biāo)準(zhǔn)）等規(guī)范。 TRON項目為了向世界推廣，一直采用自由開源、弱標(biāo)準(zhǔn)化的方針，也曾經(jīng)出現(xiàn)過多種版本的開發(fā)環(huán)境及操作系統(tǒng)式樣。隨著嵌入式系統(tǒng)的高功能、網(wǎng)絡(luò)化、高度HMI化，軟件開發(fā)和調(diào)試都變得非常復(fù)雜。TRON相關(guān)軟件的可移植性、可重用性出現(xiàn)了問題。加之嵌入軟件開發(fā)技術(shù)人員嚴(yán)重不足，缺乏可以兼容的軟件中間件。 為了實現(xiàn)更為有效的實時操作系統(tǒng)的嵌入式計算結(jié)構(gòu)，TRON項目啟動了T-Engine項目。T-Engine是為了在短時間內(nèi)高效開發(fā)實時嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計的，由標(biāo)準(zhǔn)化硬件結(jié)構(gòu)（T-Engine）與標(biāo)準(zhǔn)開源實時操作系統(tǒng)核心（T-Kernel）組成的嵌入式系統(tǒng)的開放式標(biāo)準(zhǔn)平臺。 在T-Engine開發(fā)過程中，搭載的CPU為可變的，而規(guī)定了其他硬件結(jié)構(gòu)規(guī)范、操作系統(tǒng)核心界面規(guī)范、對象數(shù)據(jù)格式規(guī)范等要素，使TRON在標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上，具備充分的外圍資源及開發(fā)環(huán)境。這個開放式標(biāo)準(zhǔn)平臺結(jié)構(gòu)的最大目標(biāo)是將CPU從基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中獨立出來，使在T-Kernel上開發(fā)的中間件可不依存于CPU結(jié)構(gòu)而移植。 通過使用豐富的中間件，可以做到大幅度縮短應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)時間及降低成本;通過使用高質(zhì)量的硬件和軟件，可方便地進(jìn)行調(diào)試;在小批量生產(chǎn)時可照原樣開發(fā)平臺;系統(tǒng)既穩(wěn)定、尺寸又小，很容易使其直接成為產(chǎn)品，可在很短時間內(nèi)投向市場。 為將T-Engine這種體系結(jié)構(gòu)向世界推廣，使之成為一種國際標(biāo)準(zhǔn)，2002年成立了T-Engine論壇，目前已經(jīng)在全世界擁有478家會員公司（截至2006年8月2日）。就連微軟也不敢小視，在2003年的年底，微軟也加入了TRON陣營，使Windows CE兼容TRON系統(tǒng)。由此，在計算技術(shù)向前邁出了一大步。 3 T-Engine基礎(chǔ)架構(gòu) 3.1 T-Engine 硬件結(jié)構(gòu)規(guī)范 按照應(yīng)用和尺寸來劃分，如圖1所示，T-Engine硬件平臺可分為以下4大類。 [align=center] 圖1 T-Engine基礎(chǔ)架構(gòu)示意圖[/align] （1） 標(biāo)準(zhǔn)T-Engine 這種開發(fā)硬件平臺面向于具有高級用戶接口的設(shè)備，例如有液晶屏和觸摸屏的便攜式信息設(shè)備。其具有如USB、串口等通用接口，還具有75mm×120mm的緊湊尺寸，不做修改即可直接應(yīng)用于多種產(chǎn)品。 （2） μT-Engine （micro T-Engine） 這種微型開發(fā)硬件平臺面向于專門的設(shè)備控制，具有60mm×85mm的尺寸，沒有液晶屏和觸摸屏等用戶接口。常用于開發(fā)移動信息設(shè)備、家用電氣及計量測繪機(jī)器等。 （3） nT-Engine （nano T-Engine） 這種毫微型平臺用于驅(qū)動并控制照明器具、開關(guān)、鎖、閥門等小型設(shè)備，將這些節(jié)點組成實時網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成泛在計算環(huán)境。 （4） pT-Engine（pico T-Engine） 這種微微型平臺是一種低功耗的超小型網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，可以組裝到泛在計算環(huán)境的所有物品中來構(gòu)建一個傳感器網(wǎng)絡(luò)。 3.2 T-Engine軟件結(jié)構(gòu)規(guī)范 T-Engine的軟件環(huán)境主要包括T-monitor、T-Kernel、設(shè)備驅(qū)動、T-Kernel標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展、中間件和應(yīng)用軟件這幾個部分。如圖1所示。 （1） T-monitor 作為啟動實時操作系統(tǒng)核心及支援調(diào)試的軟件。 （2） T-Kernel T-kernel是在標(biāo)準(zhǔn)T-Engine、μT-Engine上運(yùn)行的開放式實時操作系統(tǒng)核心軟件。它有別于其他開源軟件的地方在于它是單一源代碼軟件，具有強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化特點，這保證了其作為各種中間件發(fā)布的平臺。T-kernel的使用許可（T-License）還規(guī)定，T-kernel源代碼的改變和發(fā)布必須經(jīng)過許可，用其開發(fā)的新產(chǎn)品的軟件不要求必須公開，這有別于GPL（General Public License）。使用T-kernel源代碼是不收版權(quán)費(fèi)的，這樣就可以同時滿足產(chǎn)品低成本和保密的需要。 （3） 設(shè)備驅(qū)動 在T-Engine上搭載的設(shè)備驅(qū)動，規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)的API規(guī)范，用來針對各種硬件以實現(xiàn)軟件的硬件無關(guān)性。另外，為了便于開發(fā)新設(shè)備以及專用設(shè)備的驅(qū)動軟件，還將公開設(shè)備驅(qū)動的參考代碼。 （4） T-kernel標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展 T-kernel標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展是提供更高級的標(biāo)準(zhǔn)功能的自身擴(kuò)展部分，使得T-kernel可以使用諸如內(nèi)存管理、多任務(wù)管理、進(jìn)程通信與同步、文件系統(tǒng)等多種高級功能。 （5） 中間件 在T-Kernel上運(yùn)行的各種中間件，實現(xiàn)代碼的包括各種網(wǎng)絡(luò)用的協(xié)議堆棧、文件系統(tǒng)、日語處理、假名漢字變換、eTRON相關(guān)的安全軟件、GUI、語音處理、Java運(yùn)行環(huán)境等。為了推動更多中間件的發(fā)布和保證它們的使用兼容性，T-Dist項目廣泛地公開和發(fā)布中間件的信息，并通過eTRON給出相應(yīng)軟件列表。這樣就可大大地降低產(chǎn)品開發(fā)難度，減少產(chǎn)品開發(fā)周期。 （6） 開發(fā)環(huán)境系統(tǒng) 開發(fā)環(huán)境并沒有標(biāo)準(zhǔn)化，但為了確保軟件的兼容性，源代碼及二進(jìn)制目標(biāo)代碼以GNU C編譯器中的標(biāo)準(zhǔn)為參考。 4 TRON的應(yīng)用和展望 T-Engine的設(shè)計目標(biāo)就是隨時隨地的計算，組網(wǎng)的目的也是為了計算。它的這種泛在計算環(huán)境特性十分適合應(yīng)用于智能家居。為了獲得舒適便利的居住環(huán)境，在住所安裝各種nT-Engine設(shè)備和pT-Engine傳感器，它們通過有線或無線的方式相互通信，構(gòu)成大規(guī)模的分布式處理系統(tǒng)。光線弱的時候，光線傳感器將通知燈光控制器開啟照明;當(dāng)氣溫不在設(shè)定的舒適范圍時，溫度傳感器將通知空調(diào)控制器開啟空調(diào)，同時還可以對空氣濕度、空氣質(zhì)量等進(jìn)行監(jiān)控;當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，煙感等傳感器會通知發(fā)出報警信號，報告著火位置，并做出相應(yīng)的處理，如開啟噴水消防管等。佩戴有電子標(biāo)簽的人在室內(nèi)活動可被完全監(jiān)視，房門可自動開啟或禁入，鐘愛的音樂會自動響起，還可以通過聲音等方式直接控制各種家用設(shè)備。當(dāng)人們離開家時，同樣可以通過通信網(wǎng)絡(luò)掌控家中的一切。 在工業(yè)上，TRON也有著廣泛的應(yīng)用?；赥RON的泛在代碼標(biāo)簽（Ubiquitous code tags），可作為RFID或超微型傳感器安裝在各種各樣的物體中。由于體積的限制，泛在代碼標(biāo)簽存儲信息有限，大量的信息被存儲在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中;通過各種泛在通信器（Ubiquitous Communicator）讀取代碼標(biāo)簽的身份信息;然后通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)查詢分布式關(guān)系數(shù)據(jù)庫，獲取更詳盡的信息;通過地址協(xié)議、網(wǎng)關(guān)或高速緩存保證了查詢的高效性。除了如條形碼這種被動式的信息讀取外，泛在代碼標(biāo)簽還可實現(xiàn)主動式的信息交互，在數(shù)據(jù)安全性和可操作性方面優(yōu)勢明顯。這樣也就實現(xiàn)了實時的泛在身份（Ubiquitous ID）系統(tǒng)。這種泛在身份技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在食品追蹤系統(tǒng)中，利用它可以獲取食品在生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸、銷售和消費(fèi)全過程的詳細(xì)信息，不僅可用來提高物流效率，還可有效地加強(qiáng)食品安全管理。TRON的架構(gòu)特點及實時的優(yōu)點使之成為連接虛擬信息世界和真實世界的橋梁。 5 結(jié)束語 TRON項目在Ken Sakamura教授領(lǐng)導(dǎo)下正在快速地推廣，日本、中國、韓國、新加坡、澳大利亞等國的很多企業(yè)和機(jī)構(gòu)已經(jīng)開展了T-Engine方面的研究和應(yīng)用。在國內(nèi)，東軟公司等企業(yè)已經(jīng)在TRON基礎(chǔ)上開發(fā)汽車電子軟件;中科院也一直在使用基于TRON的嵌入式系統(tǒng)平臺開發(fā)圖像壓縮技術(shù);北京大學(xué)開設(shè)了使用T-Engine開發(fā)板的嵌入式系統(tǒng)研發(fā)課程。隨著TRON在國內(nèi)逐漸擴(kuò)大影響，將會有更多企業(yè)和機(jī)構(gòu)加入到TRON項目中來，市場上將會出現(xiàn)更多的TRON項目產(chǎn)品，對TRON的研究和應(yīng)用也會逐漸升溫。