組み込みLinux
組み込みLinuxは、特定の機能に特化したシステム、いわゆる組み込みシステムで動作するLinuxカーネルやオペレーティングシステム、またはそれらを搭載した機器を指します。スマートフォン、家電製品、産業用機器、医療機器など、幅広い分野で活用されています。2008年の調査では、組み込みエンジニアの18%がLinuxを使用しているというデータもあります。
デスクトップやサーバー向けの汎用Linuxとは異なり、組み込みシステムではメモリやストレージ容量などのリソースが限られています。そのため、組み込みLinuxでは、ハードディスクの代わりにフラッシュメモリが利用されることが多く、カーネル自体もアプリケーションやハードウェアに合わせて最適化されています。具体的には、リアルタイムオペレーティングシステムとしての機能強化などが挙げられます。
Linuxはもともと移植性に優れており、さまざまなアーキテクチャで動作します。組み込みシステムへの移植においても、プロプライエタリなツールに比べて、ソースコードの修正や再配布が自由に行えるという利点があります。また、2MB以下のメモリで起動可能な軽量さ、安定した動作、充実したサポート体制も特徴です。標準Cライブラリには、glibcよりもリソース消費の少ないdietlibc、uClibc、Newlibなどが採用されることもあります。
2006年にはLinuxのドライバ開発キットがリリースされ、Linux Foundationによるトレーニング講座やウェビナーも提供されています。BusyBoxのようなオールインワンツールや、Samba、WebKitなどのミドルウェアも活用されており、Maemo、Moblin、Androidといった新しいミドルウェアのプラットフォームも登場しています。開発環境としてはEclipseや商用製品が用いられ、Eclipseには組み込み開発に特化した様々なプラグインが用意されています。Qemuなどのエミュレータや、分散コンパイルツールdistcc、iceccなども開発に役立ちます。
2008年のGartnerの調査では、Linuxのシェアは8.1%でしたが、AndroidやPalm WebOSなどのLinuxカーネルベースのOSの普及により、2009年にはモバイルデバイス市場で11%のシェアに達しました。2010年にはAndroidのスマートフォン市場でのシェアが24%となり、2位に躍り出ています。
日本では、ネットワーク接続に対応したハイエンドテレビにLinuxが搭載されるのが一般的です。また、ゲームコンソールでは、PS2にPS2 Linuxが提供されたり、PS3でLinuxのインストールができた時期もありました。近年では、スマートフォンゲーム市場の拡大に伴い、Androidを搭載した携帯ゲーム端末も登場しています。
組み込みLinuxには、以下のようなカーネルの機能が搭載されています。
多様なCPUアーキテクチャへの対応: さまざまなCPUで動作し、MMUがないCPUでも利用可能です。
低リソースでの動作: 少ないメモリでも動作し、XIP(Execute in place)や読み出し専用ファイルシステムが利用できます。
リアルタイム性: ソフトリアルタイムやハードリアルタイムに対応し、タイトな用途にも利用可能です。
セキュリティ機能: サンドボックスやコンテナ技術を利用できます。
組み込みLinuxは、豊富なミドルウェア、POSIX互換性、多様なプロトコルスタック、PCでの開発環境の構築の容易さなど、開発しやすい多くの特徴を持ちます。また、オープンソースであるため、自由に改良でき、セキュリティも高く、サポート企業も多く存在します。ただし、カーネルのコンパイルオプションは非常に多く、専門知識も必要になります。
リアルタイム用途では、スループットよりもレイテンシの低さが重要です。Linuxカーネルのリアルタイム性能は、RT PREEMPTパッチによって大きく改善されました。現在では、BKL(Big Kernel Lock)が削除され、より効率的なロック機構が導入されています。RT PREEMPTは主要カーネルツリーへのマージが進められており、今後の更なる発展が期待されます。
リアルタイム性能を更に高めるために、RTAIやRTLinuxのような他のマイクロカーネルとLinuxを組み合わせる手法も利用されています。
組み込みLinuxの利用を推進する業界団体として、Emblix、CE Linux Forum、Linux Foundationなどがあります。CE Linux ForumはLinux Foundationに合併し、組み込みLinuxの開発を容易にするYocto Projectを開始しました。また、携帯電話向けの標準化団体として、LiMo FoundationやOpen Handset Allianceなどがあります。さらに、Linaroという企業連合は、各SoCに最適化されたツールやカーネルを共有しています。
組み込みLinuxは、携帯電話・スマートフォン（モトローラ、Google、パナソニック、NEC、HTC、Palm、ノキア、ソニー・エリクソン、シャープなど）、Wi-Fi電話、モバイルインターネット端末・PDA（ノキア、シャープ、ソニー）、テレビ・レコーダ（パナソニック、日立、ソニー、シャープ、東芝、NEC）、ホームサーバー・マイクロサーバー・LAN接続型ハードディスク（シャープ、玄人志向、ぷらっとホーム、マーベル、アイ・オー・データ機器、BUFFALO、NETGEAR、NTTコムウェア）、ハンディカム、デジタルカメラ、プリンター、フォトフレーム、電子ブックリーダー、ルーター、プレーヤ、シンセサイザー、カーナビ、ラジコン、ロボット、カラオケ、家庭用ゲーム機など、非常に幅広い製品に利用されています。
組み込みLinux関連のベンダーには、ACCESS、LynuxWorks、MontaVistaソフトウェア、ウインドリバー・システムズなどがあります。また、ドライバ開発や研修を行う企業や団体も存在します。
組み込み[Linux]]のプラットフォームには、Qt Extended、Openmoko、MeeGo、Maemo、Moblin、Tizen、MOAP]、[[Access [[Linux Platform]]、Palm WebOS、Android、Bada、Meltemi、Ubuntu MID Edition、OpenWrt、DD-WRTなどがあります。また、携帯電話向けプラットフォームとしては、LiMo Platformがあります。
組み込みLinuxに限らず、Linuxカーネルに関わる特許問題が存在します。Linuxカーネルでは、特許で保護された技術が利用されており、その特許を巡ってマイクロソフトがLinuxカーネルに特許侵害があると主張したり、AppleがAndroid端末を製造しているHTCを特許侵害で訴えたり、特許を巡る訴訟が多発しました。
OINはLinux関連の特許をロイヤリティフリーで利用可能にするための企業連合で、IBM、ノベル、オラクル、HP、シスコ、レッドハット、Googleなど、数百の企業や団体が参加しています。
マイクロソフトはLinuxカーネルに特許侵害があると主張し、TomTomを訴訟したことがありますが、和解に至りました。また、OINはマイクロソフトのLinux関連特許を買い取っています。マイクロソフトと富士ゼロックス、メルコ、アイ・オー・データ機器がLinux製品の特許に関する契約を結んでいます。
AppleはHTCを特許侵害で提訴し、マイクロソフトはAndroidが特許侵害していると非難しました。HPはパームを買収して1500件の特許を引き継いでおり、これらの特許が特許訴訟に影響を与えているとみられています。
フリーソフトウェア財団は、ソフトウェア特許の問題を扱ったドキュメンタリー映画を公開しています。
組み込みLinuxは、その柔軟性、拡張性、開発の容易さから、今後も多くの分野で利用されることが期待されます。しかし、特許問題やリアルタイム性の確保など、解決すべき課題も残されています。
組み込みLinuxの特徴
リソース制約への対応
デスクトップやサーバー向けの汎用Linuxとは異なり、組み込みシステムではメモリやストレージ容量などのリソースが限られています。そのため、組み込みLinuxでは、ハードディスクの代わりにフラッシュメモリが利用されることが多く、カーネル自体もアプリケーションやハードウェアに合わせて最適化されています。具体的には、リアルタイムオペレーティングシステムとしての機能強化などが挙げられます。
開発の柔軟性
Linuxはもともと移植性に優れており、さまざまなアーキテクチャで動作します。組み込みシステムへの移植においても、プロプライエタリなツールに比べて、ソースコードの修正や再配布が自由に行えるという利点があります。また、2MB以下のメモリで起動可能な軽量さ、安定した動作、充実したサポート体制も特徴です。標準Cライブラリには、glibcよりもリソース消費の少ないdietlibc、uClibc、Newlibなどが採用されることもあります。
2006年にはLinuxのドライバ開発キットがリリースされ、Linux Foundationによるトレーニング講座やウェビナーも提供されています。BusyBoxのようなオールインワンツールや、Samba、WebKitなどのミドルウェアも活用されており、Maemo、Moblin、Androidといった新しいミドルウェアのプラットフォームも登場しています。開発環境としてはEclipseや商用製品が用いられ、Eclipseには組み込み開発に特化した様々なプラグインが用意されています。Qemuなどのエミュレータや、分散コンパイルツールdistcc、iceccなども開発に役立ちます。
組み込みLinuxのシェア
スマートフォン市場
2008年のGartnerの調査では、Linuxのシェアは8.1%でしたが、AndroidやPalm WebOSなどのLinuxカーネルベースのOSの普及により、2009年にはモバイルデバイス市場で11%のシェアに達しました。2010年にはAndroidのスマートフォン市場でのシェアが24%となり、2位に躍り出ています。
その他の分野
日本では、ネットワーク接続に対応したハイエンドテレビにLinuxが搭載されるのが一般的です。また、ゲームコンソールでは、PS2にPS2 Linuxが提供されたり、PS3でLinuxのインストールができた時期もありました。近年では、スマートフォンゲーム市場の拡大に伴い、Androidを搭載した携帯ゲーム端末も登場しています。
Linuxカーネルの組み込み向け機能
組み込みLinuxには、以下のようなカーネルの機能が搭載されています。
多様なCPUアーキテクチャへの対応: さまざまなCPUで動作し、MMUがないCPUでも利用可能です。
低リソースでの動作: 少ないメモリでも動作し、XIP(Execute in place)や読み出し専用ファイルシステムが利用できます。
リアルタイム性: ソフトリアルタイムやハードリアルタイムに対応し、タイトな用途にも利用可能です。
セキュリティ機能: サンドボックスやコンテナ技術を利用できます。
他の組み込みOSとの比較
組み込みLinuxは、豊富なミドルウェア、POSIX互換性、多様なプロトコルスタック、PCでの開発環境の構築の容易さなど、開発しやすい多くの特徴を持ちます。また、オープンソースであるため、自由に改良でき、セキュリティも高く、サポート企業も多く存在します。ただし、カーネルのコンパイルオプションは非常に多く、専門知識も必要になります。
リアルタイム性能
リアルタイム用途では、スループットよりもレイテンシの低さが重要です。Linuxカーネルのリアルタイム性能は、RT PREEMPTパッチによって大きく改善されました。現在では、BKL(Big Kernel Lock)が削除され、より効率的なロック機構が導入されています。RT PREEMPTは主要カーネルツリーへのマージが進められており、今後の更なる発展が期待されます。
他のマイクロカーネルとの組み合わせ
リアルタイム性能を更に高めるために、RTAIやRTLinuxのような他のマイクロカーネルとLinuxを組み合わせる手法も利用されています。
関連団体とコミュニティ
組み込みLinuxの利用を推進する業界団体として、Emblix、CE Linux Forum、Linux Foundationなどがあります。CE Linux ForumはLinux Foundationに合併し、組み込みLinuxの開発を容易にするYocto Projectを開始しました。また、携帯電話向けの標準化団体として、LiMo FoundationやOpen Handset Allianceなどがあります。さらに、Linaroという企業連合は、各SoCに最適化されたツールやカーネルを共有しています。
組み込みLinux搭載製品の例
組み込みLinuxは、携帯電話・スマートフォン（モトローラ、Google、パナソニック、NEC、HTC、Palm、ノキア、ソニー・エリクソン、シャープなど）、Wi-Fi電話、モバイルインターネット端末・PDA（ノキア、シャープ、ソニー）、テレビ・レコーダ（パナソニック、日立、ソニー、シャープ、東芝、NEC）、ホームサーバー・マイクロサーバー・LAN接続型ハードディスク（シャープ、玄人志向、ぷらっとホーム、マーベル、アイ・オー・データ機器、BUFFALO、NETGEAR、NTTコムウェア）、ハンディカム、デジタルカメラ、プリンター、フォトフレーム、電子ブックリーダー、ルーター、プレーヤ、シンセサイザー、カーナビ、ラジコン、ロボット、カラオケ、家庭用ゲーム機など、非常に幅広い製品に利用されています。
ベンダーと支援団体
組み込みLinux関連のベンダーには、ACCESS、LynuxWorks、MontaVistaソフトウェア、ウインドリバー・システムズなどがあります。また、ドライバ開発や研修を行う企業や団体も存在します。
プラットフォームと仕様
組み込み[Linux]]のプラットフォームには、Qt Extended、Openmoko、MeeGo、Maemo、Moblin、Tizen、MOAP]、[[Access [[Linux Platform]]、Palm WebOS、Android、Bada、Meltemi、Ubuntu MID Edition、OpenWrt、DD-WRTなどがあります。また、携帯電話向けプラットフォームとしては、LiMo Platformがあります。
特許問題
組み込みLinuxに限らず、Linuxカーネルに関わる特許問題が存在します。Linuxカーネルでは、特許で保護された技術が利用されており、その特許を巡ってマイクロソフトがLinuxカーネルに特許侵害があると主張したり、AppleがAndroid端末を製造しているHTCを特許侵害で訴えたり、特許を巡る訴訟が多発しました。
Open Invention Network(OIN)
OINはLinux関連の特許をロイヤリティフリーで利用可能にするための企業連合で、IBM、ノベル、オラクル、HP、シスコ、レッドハット、Googleなど、数百の企業や団体が参加しています。
マイクロソフトによる特許の主張
マイクロソフトはLinuxカーネルに特許侵害があると主張し、TomTomを訴訟したことがありますが、和解に至りました。また、OINはマイクロソフトのLinux関連特許を買い取っています。マイクロソフトと富士ゼロックス、メルコ、アイ・オー・データ機器がLinux製品の特許に関する契約を結んでいます。
iPhoneとAndroidの特許係争
AppleはHTCを特許侵害で提訴し、マイクロソフトはAndroidが特許侵害していると非難しました。HPはパームを買収して1500件の特許を引き継いでおり、これらの特許が特許訴訟に影響を与えているとみられています。
フリーソフトウェアコミュニティからの提言
フリーソフトウェア財団は、ソフトウェア特許の問題を扱ったドキュメンタリー映画を公開しています。
組み込みLinuxは、その柔軟性、拡張性、開発の容易さから、今後も多くの分野で利用されることが期待されます。しかし、特許問題やリアルタイム性の確保など、解決すべき課題も残されています。
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