工业 Linux CoE Prevas—— 可靠的工业开源操作系统

摘要

本文主要介绍 Prevas 公司的工业 Linux 相关情况。首先阐述了 Prevas 在工业 Linux 领域的专业地位，介绍其拥有强大的团队来处理工业级嵌入式 Linux 板级支持包的各类工作。接着详细说明了基于 Yocto 项目的 Linux 在降低应用开发和维护成本方面的优势，以及 Android BSP 开发和支持的具体内容。还介绍了 Prevas 在工业 Linux 方面提供的全面服务和专业支持，包括内核开发、引导加载程序优化等多个方面。最后分析了其在中国市场的应用情况及面临的机遇与挑战。通过对 Prevas 工业 Linux 的深入探讨，为相关行业人员提供对该系统全面且深入的认知，为其在工业领域的进一步应用和发展提供参考。

关键词

Prevas；工业 Linux；Yocto 项目；板级支持包；中国市场

一、引言

在工业自动化与智能化快速发展的当下，工业操作系统作为工业设备的核心软件支撑，其重要性日益凸显。Linux 凭借开源、灵活、稳定等特性，在工业领域得到了广泛应用。Prevas 公司在工业 Linux 领域处于领先地位，其提供的工业 Linux 解决方案在全球范围内被众多行业采用。本文将深入剖析 Prevas 工业 Linux 的技术特点、应用领域以及在中国市场的表现。

二、Prevas 公司与工业 Linux

2.1 Prevas 公司概述

Prevas 是一家成立于 1985 年的瑞典 IT 公司，在嵌入式系统、工业 IT 等领域经验丰富，已通过 ISO 9001 认证，在瑞典、丹麦、挪威和印度设有办公室，拥有 527 名员工，自 1998 年起在斯德哥尔摩纳斯达克交易所上市。公司专注于为生命科学、电信、汽车、国防、能源和工程等行业的企业提供产品开发、嵌入式系统设计、工业自动化等服务，在工业 Linux 领域具备深厚的技术积累和丰富的实践经验。

2.2 Prevas 在工业 Linux 的专业地位

Prevas 拥有斯堪的纳维亚地区最大的独立工业 Linux 团队，能够全面负责工业级嵌入式 Linux 板级支持包（BSP）的设计、开发、定制以及全生命周期维护工作。该团队不仅涵盖各种 Linux 变体，如 Android 和 uClinux 等，而且其服务由工业 Linux 内部的核心团队以及公司内众多具备 Linux 专业能力的人员共同完成。在工业 Linux 领域，Prevas 的专业服务几乎覆盖了专业 BSP 工作的所有方面，从早期为实现高质量 BSP 所需的技术规范制定和技术决策，到利用快速启动 BSP 进行早期的实际测试与评估，再到最终交付包含应用软件开发工具包、定制内核、引导加载程序、根文件系统以及部署集成的完全定制化工业 Linux BSP，Prevas 都展现出了卓越的专业能力。

三、基于 Yocto 项目的 Linux

3.1 Yocto 项目简介

Yocto 是一个针对工业级 Linux 板级支持包（BSP）的集成工具，诞生于对定制化 Linux 稳定性和长期维护的需求。自 2010 年早期开始，Yocto 已被广泛应用于从传感器系统到生命科学设备等众多不同解决方案的 Linux BSP 集成与维护工作中，为众多客户创造了高价值。其主要理念是为客户特定硬件（HW）提供长达 + 10 年的稳定定制化 Linux，即便在产品生命周期内硬件可能发生变化（例如不同的硬件版本或 CPU）。借助 Yocto，Prevas 的客户在给定的 BSP 版本中，即使在不同类型的硬件上运行，也能保持相同的 Linux API、内核版本等。这一特性有效地降低了应用开发和维护成本，使得定制化 Linux API 成为实际的应用开发平台，而非原始硬件，让应用开发者能够将精力集中于增加应用的价值特性，而非底层硬件支持工作。

3.2 基于 Yocto 的 Linux 优势

3.2.1 降低应用开发成本

在传统的嵌入式开发中，应用开发往往与特定硬件紧密绑定，当硬件发生变化时，应用开发者需要花费大量时间和精力重新适配硬件。而基于 Yocto 的 Linux 通过稳定的 API，使应用开发者能够基于统一的接口进行开发。例如，在开发一款工业自动化设备的监控应用时，以往可能需要针对不同批次硬件的细微差异，对应用中的底层驱动调用部分进行频繁修改。但采用基于 Yocto 的 Linux 后，无论硬件如何升级，只要 API 不变，应用开发者只需关注业务逻辑的实现，无需过多考虑硬件细节，大大减少了开发工作量，降低了开发成本。

3.2.2 减少维护成本

在产品的整个生命周期中，维护工作至关重要。基于 Yocto 的 Linux 使得系统在长时间内保持稳定的内核版本和 API，这意味着在产品维护阶段，当需要对软件进行更新或修复漏洞时，无需对应用进行大规模重构。以一款已在市场上运行多年的医疗设备软件为例，若采用基于 Yocto 的 Linux，在进行系统升级时，由于 API 稳定，只需针对新功能或漏洞进行针对性修改，而无需像传统开发模式那样，因底层系统变更导致应用的大量代码需要重写，从而极大地降低了维护成本。

3.2.3 支持硬件变更

工业产品的生命周期较长，期间硬件可能会因为技术进步、成本优化等原因进行变更。基于 Yocto 的 Linux 能够很好地适应这种变化。比如，某工业控制系统最初采用的是一款较低性能的 CPU，随着技术发展，需要升级到更高性能的 CPU 以满足日益增长的运算需求。在基于 Yocto 的 Linux 环境下，由于系统能够保持 API 和内核版本的一致性，开发者只需对新硬件进行简单适配，而无需对上层应用进行大规模修改，就能让系统在新硬件上稳定运行，确保了产品的持续演进和竞争力。

3.3 Prevas 基于 Yocto 的 BSP 产品

Prevas 基于 Yocto 开发的 BSP 产品覆盖范围广泛，从无 MMU 的小型 uClinux CPU，到具有大小不同内存、支持或不支持显示和触摸功能的多核 x86 或 ARM 架构主板都有涉及。这些 BSP 产品经过精心设计和严格测试，能够为不同类型的工业设备提供稳定、可靠的软件基础。例如，在一些对成本敏感且功能需求相对简单的工业传感器设备中，Prevas 的基于 Yocto 的小型 uClinux BSP 能够以极小的系统资源占用，实现设备的基本数据采集和传输功能；而在复杂的工业自动化生产线控制设备中，多核 x86 或 ARM 架构主板搭配的 BSP 则能够充分发挥硬件性能，支持多任务处理、高速数据传输等复杂功能，满足工业生产对高效、稳定控制的需求。

四、Android BSP 开发和支持

4.1 Android 在工业系统中的应用需求

随着工业智能化的发展，工业系统对人机交互、多媒体处理以及丰富的应用生态的需求日益增长。Android 系统凭借其开源、丰富的应用资源、良好的图形界面支持以及广泛的硬件兼容性，在工业领域得到了越来越多的应用。在工业平板电脑、智能工业仪表、工业机器人的人机交互终端等设备中，Android 能够提供直观、便捷的用户操作界面，同时借助其丰富的应用生态，可快速开发出满足工业生产特定需求的应用程序，如设备监控、数据分析、远程控制等。

4.2 Prevas 的 Android BSP 服务内容

4.2.1 定制硬件上的 Android 集成

Prevas 能够根据客户的定制硬件需求，将 Android 系统与硬件进行深度集成。在某工业平板电脑的开发项目中，客户对硬件的尺寸、接口布局、显示效果等方面有特殊要求。Prevas 的技术团队通过对硬件的详细分析，对 Android 系统的内核、驱动等进行定制开发，确保 Android 系统能够完美适配该定制硬件，实现了稳定的系统运行和高效的硬件性能发挥。

4.2.2 内核开发与集成

内核是操作系统的核心部分，对于工业应用的稳定性和性能至关重要。Prevas 在 Android BSP 开发中，注重内核的优化和定制。他们根据工业设备的特定需求，对 Android 内核进行裁剪、优化，添加特定的驱动支持和功能模块。例如，在工业自动化设备中，为了满足对实时性的严格要求，Prevas 对 Android 内核进行实时性改造，优化任务调度算法，确保设备能够及时响应外部事件，提高系统的实时性能。

4.2.3 引导加载程序开发与集成

引导加载程序是系统启动的关键环节。Prevas 开发的引导加载程序能够确保 Android 系统在工业硬件上快速、稳定地启动。他们对引导加载程序进行优化，缩短系统启动时间，同时增加硬件自检、错误诊断等功能。在一些对启动速度要求极高的工业设备中，Prevas 通过优化引导加载程序，将系统启动时间从原来的数十秒缩短至数秒，提高了设备的使用效率。

4.2.4 BSP 优化以提升启动和运行时性能

除了上述方面，Prevas 还对整个 BSP 进行全面优化，以提升 Android 系统在工业设备上的启动和运行时性能。在启动阶段，通过优化系统初始化流程、减少不必要的服务启动等方式，进一步缩短启动时间；在运行时，对内存管理、进程调度等方面进行优化，确保系统在长时间运行过程中保持稳定的性能，避免出现卡顿、死机等问题。例如，在工业数据采集设备中，经过 Prevas 优化的 BSP 能够使设备在长时间连续采集数据的过程中，始终保持高效稳定的运行状态，数据采集和传输的准确性和及时性得到了有效保障。

4.2.5 Android 应用开发

Prevas 不仅提供 Android BSP 开发服务，还具备 Android 应用开发能力。他们能够根据工业客户的具体业务需求，开发定制化的 Android 应用程序。这些应用程序紧密结合工业生产流程，实现设备监控、数据处理、报表生成、远程通信等功能。在一家大型工厂的设备监控项目中，Prevas 开发的 Android 应用程序能够实时采集工厂内各种设备的运行数据，通过数据分析和处理，及时发现设备故障隐患，并将相关信息发送给管理人员，实现了设备的智能化管理，提高了工厂的生产效率和设备可靠性。

4.2.6 深入的 Android 调试

在开发过程中，调试工作至关重要。Prevas 拥有专业的调试团队，能够进行深入的 Android 调试工作。当系统出现问题时，他们通过先进的调试工具和丰富的经验，快速定位问题根源，无论是硬件驱动冲突、软件代码漏洞还是系统性能瓶颈，都能及时解决。例如，在某工业智能仪表的开发过程中，出现了数据显示异常的问题，Prevas 的调试团队通过对系统日志分析、代码跟踪等手段，迅速找出了问题所在，并对相关代码进行修改，确保了仪表的正常运行。

4.2.7 Android BSP 更新

随着 Android 系统的不断发展和硬件技术的更新，Prevas 还负责为客户提供 Android BSP 更新服务。他们及时关注 Android 系统的新版本发布，将新的功能和性能优化集成到已有的 BSP 中，同时根据客户反馈和新的硬件需求，对 BSP 进行持续改进。例如，当 Android 系统发布了新的安全补丁时，Prevas 会迅速将其集成到相关的 BSP 中，并推送给客户，确保工业设备的安全性和稳定性。

4.2.8 开发者教育

为了帮助客户更好地利用 Android BSP 进行二次开发，Prevas 还提供开发者教育服务。他们通过举办培训课程、提供技术文档和在线支持等方式，向客户的开发团队传授 Android BSP 开发技术、应用开发技巧以及系统优化方法。通过这些培训，客户的开发团队能够更快地掌握相关技术，提高开发效率，减少开发过程中的错误，更好地实现基于 Android 的工业应用开发。

五、Prevas 工业 Linux 的全面服务与支持

5.1 内核开发与优化

内核是 Linux 系统的核心，其性能直接影响整个系统的运行效率和稳定性。Prevas 的专业团队在 Linux 内核开发与优化方面经验丰富。他们深入研究内核源代码，根据工业应用的特殊需求进行定制开发。在工业自动化生产线中，对系统的实时性要求极高。Prevas 的团队通过对内核的任务调度算法进行优化，采用更高效的实时调度策略，确保关键任务能够在最短时间内得到执行，从而满足生产线对设备响应速度的严格要求。同时，他们还对内核的内存管理机制进行改进，减少内存碎片的产生，提高内存的使用效率，使得系统在长时间运行过程中不会因为内存问题而出现性能下降或崩溃的情况。

5.2 引导加载程序开发、集成与优化

引导加载程序负责在系统启动时初始化硬件设备、加载内核并启动操作系统。Prevas 在引导加载程序的开发、集成与优化方面具备深厚的技术实力。他们开发的引导加载程序具有高度的可靠性和可定制性。在集成过程中，能够与各种不同类型的硬件设备完美配合，确保系统能够顺利启动。例如，在一些复杂的工业设备中，可能包含多种不同类型的存储设备和外围设备，Prevas 的引导加载程序能够准确识别并初始化这些设备，为后续的系统启动做好准备。在优化方面，通过改进引导加载程序的启动流程，减少不必要的启动步骤，大大缩短了系统的启动时间。在某些对启动速度要求苛刻的工业应用场景中，如工业监控设备，经过优化的引导加载程序能够将系统启动时间从原来的数十秒缩短至几秒，提高了设备的可用性和工作效率。

5.3 应用开发

Prevas 不仅专注于底层操作系统的开发，还在工业应用开发方面为客户提供全面支持。他们的开发团队熟悉各种工业领域的业务流程和需求，能够根据客户的具体要求开发定制化的应用程序。在能源行业，为了实现对发电设备的远程监控和智能管理，Prevas 开发了一套基于工业 Linux 的应用程序。该程序能够实时采集发电设备的运行数据，如电压、电流、功率等，通过数据分析和处理，及时发现设备潜在的故障隐患，并提供远程控制功能，实现对设备的远程启停、参数调整等操作。在医疗设备领域，为了满足医疗设备对数据处理和安全性的严格要求，Prevas 开发了相应的应用程序，确保医疗设备能够准确地采集和分析患者的生理数据，并保证数据的安全性和隐私性。

5.4 支持所有已知的构建和集成工具

在工业 Linux 开发过程中，构建和集成工具起着至关重要的作用。Prevas 支持所有已知的构建和集成工具，包括 Yocto、LTIB、Buildroot 等。他们的技术团队对这些工具的使用非常熟练，能够根据项目的具体需求选择最合适的工具，并利用这些工具高效地完成项目开发。例如，在一个基于 Yocto 项目的工业设备开发项目中，Prevas 的团队利用 Yocto 强大的定制化功能，快速构建出满足客户需求的工业 Linux 系统。通过灵活配置 Yocto 的各种元数据和构建参数，实现了对系统内核、文件系统、应用程序等各个部分的精确控制和定制。在使用 Buildroot 进行开发时，团队能够充分发挥 Buildroot 简单易用、快速构建的特点，在短时间内搭建出一个基础的工业 Linux 开发环境，并在此基础上进行进一步的开发和优化。

5.5 生产和支持工具开发与优化

为了确保工业 Linux 产品能够顺利投入生产并在后续的使用过程中得到有效的支持，Prevas 还致力于生产和支持工具的开发与优化。他们开发了一系列用于生产过程中的测试、烧录、质量控制等工具，提高了产品的生产效率和质量。在产品支持方面，Prevas 开发了远程监控、故障诊断、软件升级等工具，方便客户对设备进行管理和维护。例如，他们开发的远程监控工具能够实时获取设备的运行状态信息，包括系统资源使用情况、设备连接状态等，当设备出现故障时，能够及时向客户发送警报信息，并通过故障诊断工具对故障进行初步分析，为客户提供解决问题的建议。在软件升级方面，Prevas 开发的升级工具能够实现对设备软件的远程、安全升级，确保设备始终运行在最新的、最稳定的软件版本上。

5.6 深入的 Linux 调试

在工业 Linux 开发过程中，难免会遇到各种问题和故障，这就需要进行深入的调试工作。Prevas 拥有专业的调试团队，他们具备丰富的 Linux 调试经验和先进的调试工具。当系统出现问题时，调试团队能够通过对系统日志分析、代码跟踪、硬件检测等多种手段，快速定位问题根源。例如，在一个工业网络设备的开发过程中，出现了网络通信异常的问题，Prevas 的调试团队通过对网络驱动代码的跟踪分析，结合系统日志中记录的网络通信信息，发现是由于网络缓冲区溢出导致的问题。通过对相关代码的修改和优化，成功解决了网络通信异常的问题，确保了设备的正常运行。

5.7 网络安全

随着工业互联网的发展，工业设备面临的网络安全威胁日益增加。Prevas 高度重视工业 Linux 系统的网络安全问题，采取了一系列措施来保障系统的安全性。他们在系统中集成了多种安全机制，如防火墙、入侵检测系统、数据加密等。在防火墙方面，通过合理配置防火墙规则，限制外部非法访问，保护系统免受网络攻击。入侵检测系统能够实时监测系统的网络流量，及时发现并阻止入侵行为。在数据加密方面，对系统中的敏感数据，如用户账号密码、工业生产数据等进行加密存储和传输，确保数据的安全性和隐私性。此外，Prevas 还不断关注网络安全领域的最新动态，及时更新系统的安全补丁，防范新出现的网络安全威胁。

5.8 安全启动

安全启动是保障工业 Linux 系统安全的重要环节。Prevas 开发的安全启动机制能够确保系统在启动过程中，只加载经过验证的、可信的软件组件，防止恶意软件的植入。在安全启动过程中，系统会对引导加载程序、内核、设备驱动等进行数字签名验证，只有签名合法的组件才能被加载和执行。例如，在某工业控制系统中，采用了 Prevas 的安全启动机制，当系统启动时，首先对引导加载程序进行签名验证，验证通过后再加载内核，内核加载

六、竞争格局与挑战

1. 主要竞争对手

• 商业系统：VxWorks（Wind River）、QNX（BlackBerry）在实时性领域仍占主导地位，尤其在航空航天、轨道交通等安全关键型行业。
• 国产替代方案：华为 LiteOS、阿里云 IoT OS 等本土解决方案在成本和政策支持上更具优势。
• 开源生态：Canonical 的 Ubuntu Core、SUSE 的 MicroOS 通过企业级支持服务争夺市场份额。

2. Prevas 的差异化路径

• 技术深度：专注于 BSP 的深度定制（如内核裁剪至 5MB 以下），满足资源受限设备需求。
• 长期支持：提供 10 年以上的 BSP 维护周期，符合工业设备长生命周期特点。
• 垂直领域经验：在医疗、能源等领域积累的特定行业解决方案，可缩短客户开发周期。

3. 挑战与风险

• 地缘政治因素：中西方技术合作可能受到政策限制，影响 Prevas 在中国市场的拓展。
• 本地化服务能力：需要建立本土技术团队，提供 7×24 小时技术支持，以满足中国客户需求。

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