隨著物聯(lián)網(wǎng)設備的爆炸式增長和萬物互聯(lián)應用的快速發(fā)展，虛擬化技術在嵌入式系統(tǒng)上受到了業(yè)界越來越多的關注、重視和快速發(fā)展。嵌入式系統(tǒng)與虛擬化技術這個跨界創(chuàng)新組合應運而生，其典型的應用場景包括軟件定義汽車駕駛艙、工業(yè)領域的工作負載整合等。

為什么嵌入式系統(tǒng)需要

虛擬化技術

虛擬化技術尤其是開源虛擬化技術，構成了云計算的基石，促進了云時代的蓬勃發(fā)展。而隨著萬物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)的指數(shù)級發(fā)展，虛擬化技術也開始在嵌入式領域得到廣泛的應用。

能夠促使嵌入式設備支持虛擬化技術的原因有如下幾點：

01

隨著半導體技術的發(fā)展，摩爾定律推動硬件的性能提升，成本下降。今天的嵌入式 SoC 的性能甚至可能超過了昨天的服務器。

02

無處不在的 CPU 多核技術的發(fā)展自然地能夠支持多個系統(tǒng)。

03

是不同業(yè)務的負載整合、數(shù)字化互聯(lián)的需求。

04

節(jié)約硬件成本考慮，減少硬件系統(tǒng)的互連，降低整體硬件系統(tǒng)的復雜度。

05

系統(tǒng)需要重用已有的軟件系統(tǒng)，降低移植工作量。還可以把多個 “異構” 的操作系統(tǒng)（實時系統(tǒng)和非實時系統(tǒng)、安全系統(tǒng)和非安全系統(tǒng)）整合在一套系統(tǒng)上。

嵌入虛擬化技術的挑戰(zhàn)

嵌入式虛擬化技術主要挑戰(zhàn)可以總結為四個方面，即兼容性、實時性、隔離安全，以及尺寸小和低功耗。

兼容性

虛擬機往往需要整合數(shù)個不同操作系統(tǒng)上的負載。在整合這樣的不同應用的時候，兼容性是必須要考慮的問題。

實時性

在解決兼容性問題以后，實時性會成為另一個重要的難點。在虛擬機上如何還能使 RTOS 保持其原來的軟實時或者硬實時性能要求，則是對虛擬機的設計挑戰(zhàn)。

隔離安全：

在嵌入式設備中，不同應用的安全等級也會不一樣，需要構建混合關鍵系統(tǒng)。一個嵌入式虛擬機需要能夠充分隔離不同虛擬機之間的負載，特別是在有功能安全需求的場景下（比如自動駕駛汽車，機器人等），隔離安全將直接影響到人的安全。

尺寸小低功耗：

由于不少嵌入式設備的硬件限制，要求嵌入式虛擬機代碼少、啟動快、占用內(nèi)存小。另外如果設備是電池供電（如移動式機器人，自主導航的小車等），出于節(jié)能的考慮，嵌入式虛擬機需要考慮支持低功耗設計。

除此以外，在選擇或開發(fā)嵌入式虛擬機時，還要考慮商業(yè)虛擬機和開源虛擬機的不同許可證帶來的挑戰(zhàn)，以及日后技術升級、維護支持的方便性。

開源嵌入式虛擬機

—— ACRN

ACRN 是一款輕量級的開源嵌入式虛擬機軟件，由 Linux 基金會于 2018 年 3 月發(fā)布。它是一個專門為嵌入式系統(tǒng)設計的、靈活的、輕量級嵌入式虛擬機。它可以在裸機硬件上直接運行，可針對各種物聯(lián)網(wǎng)、邊緣設備和嵌入式設備進行配置，為實時性和安全性進行了特殊設計和優(yōu)化。用以滿足汽車、工業(yè)、機器人等各種嵌入式場景的虛擬機參考方案。

新書推薦

解原理 ——系統(tǒng)性闡述虛擬化技術基本原理，擘肌分理

凝思想 ——深入剖析開源虛擬化軟件源代碼，循本逐真

重創(chuàng)新 ——和盤托出嵌入式虛擬化解決方案，跨界融合

賦動能 ——多方位展示物聯(lián)網(wǎng)領域實踐應用，開拓先機

專家推薦

謝曉清 博士

英特爾亞太研發(fā)有限公司總經(jīng)理

本書作為英特爾開源軟件技術中心的一部力作，嘗試在內(nèi)容和形式上大膽創(chuàng)新。內(nèi)容上從剖析現(xiàn)有虛擬化技術解決方案及其在嵌入式領域所面臨的挑戰(zhàn)出發(fā)，掀開了嵌入式虛擬化創(chuàng)新解決方案的篇章；形式上不僅圖文并茂，還增加了大量開源軟件代碼解析和應用案例。

李映 博士

英特爾中國軟件生態(tài)部總經(jīng)理

英特爾公司和 Linux 開源基金會合作的 ACRN 開源軟件，是希望嵌入式虛擬化技術這門技術能夠釋放出硬件的計算力，激發(fā)出更多更酷的應用場景，并給用戶帶來最終價值。

目標讀者

嵌入式系統(tǒng)的虛擬化技術可以看作一門跨領域的交叉技術。會涉及到操作系統(tǒng)、計算機體系結構等領域知識；另外，也需要嵌入式系統(tǒng)的設計和開發(fā)經(jīng)驗。

本書定位的讀者是從事嵌入式領域開發(fā)的技術人員，或者任何想了解如何在嵌入式系統(tǒng)上實現(xiàn)虛擬機管理程序的專業(yè)人員。

內(nèi)容簡介

本書首先介紹虛擬化技術的基本原理，以及 KVM 在云服務器上實現(xiàn)。然后圍繞虛擬化技術的核心內(nèi)容，從 CPU 虛擬化、內(nèi)存虛擬化、中斷虛擬化和設備虛擬化這四個方面，重點介紹了開源嵌入式虛擬機 ACRN 的架構、原理和實現(xiàn)。另外，本書還特別總結了虛擬化系統(tǒng)的實時性能調(diào)優(yōu)方法和功能安全認證實踐。最后對嵌入式虛擬化技術的典型應用場景進行了舉例分析。

本書作為嵌入式虛擬化技術入門參考書，通過對 ACRN 開源軟件的介紹，幫助讀者理解虛擬化技術架構，從而開始了解、學習、開發(fā)虛擬化軟件，掌握嵌入式虛擬化技術并應用于工程實踐。

內(nèi)容導讀

第1章 虛擬化技術概述

第2章 虛擬化技術原理

第3章 主流開源虛擬化KVM——原理與實現(xiàn)

第4章 嵌入式虛擬化——ACRN實現(xiàn)

第5章 嵌入式虛擬化 —— ACRN設備虛擬化

第6章 嵌入式虛擬化——ACRN使用

第7章 嵌入式虛擬化——實時性能優(yōu)化

第8章 嵌入式實時操作系統(tǒng)

第9章 嵌入式虛擬化賦能功能安全

第10章 應用案例——智能數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)字孿生

第11章 應用案例——機器視覺和機器控制的負載整合

第12章 應用案例——自主移動機器人

第13章 應用案例——軟件定義的駕駛艙

權威作者團隊

本書寫作小組團隊成員是來自英特爾亞太研發(fā)有限公司的技術專家們。他們在虛擬化領域、嵌入式領域、工業(yè)領域沉浸和工作多年，具有豐富的理論和實踐經(jīng)驗。

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