隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的爆炸式增長和萬物互聯(lián)應(yīng)用的快速發(fā)展，虛擬化技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)上受到了業(yè)界越來越多的關(guān)注、重視和快速發(fā)展。嵌入式系統(tǒng)與虛擬化技術(shù)這個(gè)跨界創(chuàng)新組合應(yīng)運(yùn)而生，其典型的應(yīng)用場(chǎng)景包括軟件定義汽車駕駛艙、工業(yè)領(lǐng)域的工作負(fù)載整合等。

為什么嵌入式系統(tǒng)需要

虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)尤其是開源虛擬化技術(shù)，構(gòu)成了云計(jì)算的基石，促進(jìn)了云時(shí)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(jí)發(fā)展，虛擬化技術(shù)也開始在嵌入式領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

能夠促使嵌入式設(shè)備支持虛擬化技術(shù)的原因有如下幾點(diǎn)：

01

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，摩爾定律推動(dòng)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(wù)器。

02

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

03

是不同業(yè)務(wù)的負(fù)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(fù)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(gè) “異構(gòu)” 的操作系統(tǒng)（實(shí)時(shí)系統(tǒng)和非實(shí)時(shí)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(shù)的挑戰(zhàn)

嵌入式虛擬化技術(shù)主要挑戰(zhàn)可以總結(jié)為四個(gè)方面，即兼容性、實(shí)時(shí)性、隔離安全，以及尺寸小和低功耗。

兼容性

虛擬機(jī)往往需要整合數(shù)個(gè)不同操作系統(tǒng)上的負(fù)載。在整合這樣的不同應(yīng)用的時(shí)候，兼容性是必須要考慮的問題。

實(shí)時(shí)性

在解決兼容性問題以后，實(shí)時(shí)性會(huì)成為另一個(gè)重要的難點(diǎn)。在虛擬機(jī)上如何還能使 RTOS 保持其原來的軟實(shí)時(shí)或者硬實(shí)時(shí)性能要求，則是對(duì)虛擬機(jī)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

隔離安全：

在嵌入式設(shè)備中，不同應(yīng)用的安全等級(jí)也會(huì)不一樣，需要構(gòu)建混合關(guān)鍵系統(tǒng)。一個(gè)嵌入式虛擬機(jī)需要能夠充分隔離不同虛擬機(jī)之間的負(fù)載，特別是在有功能安全需求的場(chǎng)景下（比如自動(dòng)駕駛汽車，機(jī)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(shè)備的硬件限制，要求嵌入式虛擬機(jī)代碼少、啟動(dòng)快、占用內(nèi)存小。另外如果設(shè)備是電池供電（如移動(dòng)式機(jī)器人，自主導(dǎo)航的小車等），出于節(jié)能的考慮，嵌入式虛擬機(jī)需要考慮支持低功耗設(shè)計(jì)。

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

開源嵌入式虛擬機(jī)

—— ACRN

ACRN 是一款輕量級(jí)的開源嵌入式虛擬機(jī)軟件，由 Linux 基金會(huì)于 2018 年 3 月發(fā)布。它是一個(gè)專門為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的、靈活的、輕量級(jí)嵌入式虛擬機(jī)。它可以在裸機(jī)硬件上直接運(yùn)行，可針對(duì)各種物聯(lián)網(wǎng)、邊緣設(shè)備和嵌入式設(shè)備進(jìn)行配置，為實(shí)時(shí)性和安全性進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)和優(yōu)化。用以滿足汽車、工業(yè)、機(jī)器人等各種嵌入式場(chǎng)景的虛擬機(jī)參考方案。

新書推薦

解原理 ——系統(tǒng)性闡述虛擬化技術(shù)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(dòng)能 ——多方位展示物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域?qū)嵺`應(yīng)用，開拓先機(jī)

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(shù)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(shù)解決方案及其在嵌入式領(lǐng)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(yīng)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(huì)合作的 ACRN 開源軟件，是希望嵌入式虛擬化技術(shù)這門技術(shù)能夠釋放出硬件的計(jì)算力，激發(fā)出更多更酷的應(yīng)用場(chǎng)景，并給用戶帶來最終價(jià)值。

目標(biāo)讀者

嵌入式系統(tǒng)的虛擬化技術(shù)可以看作一門跨領(lǐng)域的交叉技術(shù)。會(huì)涉及到操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域知識(shí)；另外，也需要嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。

本書定位的讀者是從事嵌入式領(lǐng)域開發(fā)的技術(shù)人員，或者任何想了解如何在嵌入式系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)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(shù)的基本原理，以及 KVM 在云服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)。然后圍繞虛擬化技術(shù)的核心內(nèi)容，從 CPU 虛擬化、內(nèi)存虛擬化、中斷虛擬化和設(shè)備虛擬化這四個(gè)方面，重點(diǎn)介紹了開源嵌入式虛擬機(jī) ACRN 的架構(gòu)、原理和實(shí)現(xiàn)。另外，本書還特別總結(jié)了虛擬化系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能調(diào)優(yōu)方法和功能安全認(rèn)證實(shí)踐。最后對(duì)嵌入式虛擬化技術(shù)的典型應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行了舉例分析。

本書作為嵌入式虛擬化技術(shù)入門參考書，通過對(duì) ACRN 開源軟件的介紹，幫助讀者理解虛擬化技術(shù)架構(gòu)，從而開始了解、學(xué)習(xí)、開發(fā)虛擬化軟件，掌握嵌入式虛擬化技術(shù)并應(yīng)用于工程實(shí)踐。

內(nèi)容導(dǎo)讀

第1章 虛擬化技術(shù)概述

第2章 虛擬化技術(shù)原理

第3章 主流開源虛擬化KVM——原理與實(shí)現(xiàn)

第4章 嵌入式虛擬化——ACRN實(shí)現(xiàn)

第5章 嵌入式虛擬化 —— ACRN設(shè)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(shí)時(shí)性能優(yōu)化

第8章 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

第9章 嵌入式虛擬化賦能功能安全

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

第11章 應(yīng)用案例——機(jī)器視覺和機(jī)器控制的負(fù)載整合

第12章 應(yīng)用案例——自主移動(dòng)機(jī)器人

第13章 應(yīng)用案例——軟件定義的駕駛艙

權(quán)威作者團(tuán)隊(duì)

本書寫作小組團(tuán)隊(duì)成員是來自英特爾亞太研發(fā)有限公司的技術(shù)專家們。他們?cè)谔摂M化領(lǐng)域、嵌入式領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域沉浸和工作多年，具有豐富的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

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