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嵌入式虚拟化–在多操作系统中实现实时确定性的关键

嵌入式应用与办公室或企业计算机系统的关键区别在于对确定性的需求不同。一般的虚拟化方法,例如使服务器运行同通用操作系统(GPOS) 的多个副本,通常将整个机器环境虚拟化,以实现处理器的最大化利用。
关键词: 嵌入式 虚拟化 英特尔 Windows
时间:2012-06-29 14:44 来源:物联网在线 作者:Kim Hartman 点击:

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虚拟化是一个常用术语,但是并非所有的虚拟化都样。如果未能在嵌入式应用中正确实施,性能和可靠性将受到损害,并且设计目标也可能无法实现。

嵌入式应用与办公室或企业计算机系统的关键区别在于对确定性的需求不同。一般的虚拟化方法,例如使服务器运行同通用操作系统(GPOS) 的多个副本,通常将整个机器环境虚拟化,以实现处理器的最大化利用。然而不幸的是,这会降低对外部事件的响应性,因此这种方法不适用于时间关键型应用。

相反,嵌入式虚拟化能够对硬件产生的信号做出确定性的响应。它通过面向通用操作系统(GPOS )和实时操作系统(RTOS )的平台分区,仅做必要的虚拟化而做到这一点。这样实时事件可以在规定的时间内对得到响应,同时通用操作系统也保持像往常一样正常运行。

二十年前,Intel® 80386 处理器的发布提供了必要的硬件支持,使得任务环境的切换变得更加可靠且容易实施。一组工程师(其中一些人现今仍在TenAsys 工作)设法利用这种特性来使DOS (当时最流行的通用操作系统)与iRMX 实时操作系统并行运行。就在那时,实时嵌入式虚拟化的概念正式问世。虽然有硬件特性的支持,然而当时所取得的成就主要仍离不开一项称为“半虚拟化”的技术,它对操作系统和驱动程序进行了必要的修改以确保它们能协同运行。

随着通用操作系统的演化,Windows ®取代DOS 成为台式机市场的领导者,显然像Windows 这样的通用操作系统根本就不是为了响应有着固定优先级的事件而设计的,因此也就不能对机器的实时控制做出确定性的响应。即使拥有速度较快的处理器,Windows 也不可能在可预测的时间内对外部事件做出响应。

些软件厂商试图开发专门的 Windows 驱动程序(让I/O 处理与硬件中断响应同时进行)来解决Windows 的确定性缺失问题,但是经证明这些技术不够可靠,每当Windows 推出一个新版本,都需要进行重新设计。

为了使实时任务与Windows 并存在一个嵌入式系统上,支持DOS 的半虚拟化技术经过改造,现在可并行运行最新的实时操作系统(如TenAsys Intime )和 Windows ,从而既保持了实时环境的完整性,又可受益于Windows 提供的先进图形化界面。

随着软件的发展,基础处理器硬件中内建的虚拟化支持能力也在同步提升。英特尔已将一套称为英特尔®虚拟化技术的硬件辅助工具添加至其处理器系列中,用于增强虚拟化软件的性能。

利用这些技术和硬件辅助工具,嵌入式虚拟化软件可在实时操作系统和通用操作系统之间对各种资源进行分区,例如CPU 内核(就现今的多核系统而言)、RAM 、中断和I/O 。只有共享和仿真资源需要虚拟化。每个操作系统对其专用的I/O 、中断、RAM 和CPU 周期都可获得有保障的直接物理访问。实时操作系统I/O 响应周期享有绝对的优先权,同时无需对Windows 系统功能施加任何限制。

在多核处理器系统内,虚拟化管理员可为实时软件提供有保障的CPU 内核使用权,从而实现最大的性能并且消除实时操作系统的特别设计(以与Windows 并行运行)需要。借助适当的嵌入式虚拟化软件,几乎任何实时操作系统都可以与Windows 一起运行,无需对实时操作系统或传统实时应用软件进行任何修改。

如今,过去包含不同计算机以支持实时和通用处理的嵌入式系统产品可以使用单个处理器平台来实施。这将彻底改变嵌入式系统的构建方式,显著降低成本,提高系统可靠性和性能。

Kim Hartman 是TenAsys 公司销售与营销副总裁,通过硬件分析工具和实时操作系统产品服务嵌入式市场已有25年。Hartman 先生是英特尔和微软有关嵌入式虚拟化主题的特约发言人。他毕业于伊利诺伊大学厄本纳-香槟分校(University of Illinois, Urbana-Champaign )计算机工程专业,并且在北伊利诺伊大学获得MBA 学位。

 

(责任编辑:zxh007)


本文链接嵌入式虚拟化–在多操作系统中实现实时确定性的关键
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