技术推荐 | 开源嵌入式虚拟化技术释放 x86 平台潜能 实现智能驾驶舱、工业负载整合等场景产品化

随着物联网设备的爆炸式增长和万物互联应用的快速发展，虚拟化技术在嵌入式系统上受到了业界越来越多的关注、重视和快速发展。嵌入式系统与虚拟化技术这个跨界创新组合应运而生，其典型的应用场景包括软件定义汽车驾驶舱、工业领域的工作负载整合等。

为什么嵌入式系统需要

虚拟化技术

虚拟化技术尤其是开源虚拟化技术，构成了云计算的基石，促进了云时代的蓬勃发展。而随着万物互联的物联网的指数级发展，虚拟化技术也开始在嵌入式领域得到广泛的应用。

能够促使嵌入式设备支持虚拟化技术的原因有如下几点：

01

随着半导体技术的发展，摩尔定律推动硬件的性能提升，成本下降。今天的嵌入式 SoC 的性能甚至可能超过了昨天的服务器。

02

无处不在的 CPU 多核技术的发展自然地能够支持多个系统。

03

是不同业务的负载整合、数字化互联的需求。

04

节约硬件成本考虑，减少硬件系统的互连，降低整体硬件系统的复杂度。

05

系统需要重用已有的软件系统，降低移植工作量。还可以把多个 “异构” 的操作系统（实时系统和非实时系统、安全系统和非安全系统）整合在一套系统上。

嵌入虚拟化技术的挑战

嵌入式虚拟化技术主要挑战可以总结为四个方面，即兼容性、实时性、隔离安全，以及尺寸小和低功耗。

兼容性

虚拟机往往需要整合数个不同操作系统上的负载。在整合这样的不同应用的时候，兼容性是必须要考虑的问题。

实时性

在解决兼容性问题以后，实时性会成为另一个重要的难点。在虚拟机上如何还能使 RTOS 保持其原来的软实时或者硬实时性能要求，则是对虚拟机的设计挑战。

隔离安全：

在嵌入式设备中，不同应用的安全等级也会不一样，需要构建混合关键系统。一个嵌入式虚拟机需要能够充分隔离不同虚拟机之间的负载，特别是在有功能安全需求的场景下（比如自动驾驶汽车，机器人等），隔离安全将直接影响到人的安全。

尺寸小低功耗：

由于不少嵌入式设备的硬件限制，要求嵌入式虚拟机代码少、启动快、占用内存小。另外如果设备是电池供电（如移动式机器人，自主导航的小车等），出于节能的考虑，嵌入式虚拟机需要考虑支持低功耗设计。

除此以外，在选择或开发嵌入式虚拟机时，还要考虑商业虚拟机和开源虚拟机的不同许可证带来的挑战，以及日后技术升级、维护支持的方便性。

开源嵌入式虚拟机

—— ACRN

ACRN 是一款轻量级的开源嵌入式虚拟机软件，由 Linux 基金会于 2018 年 3 月发布。它是一个专门为嵌入式系统设计的、灵活的、轻量级嵌入式虚拟机。它可以在裸机硬件上直接运行，可针对各种物联网、边缘设备和嵌入式设备进行配置，为实时性和安全性进行了特殊设计和优化。用以满足汽车、工业、机器人等各种嵌入式场景的虚拟机参考方案。

新书推荐

解原理 ——系统性阐述虚拟化技术基本原理，擘肌分理

凝思想 ——深入剖析开源虚拟化软件源代码，循本逐真

重创新 ——和盘托出嵌入式虚拟化解决方案，跨界融合

赋动能 ——多方位展示物联网领域实践应用，开拓先机

专家推荐

谢晓清 博士

英特尔亚太研发有限公司总经理

本书作为英特尔开源软件技术中心的一部力作，尝试在内容和形式上大胆创新。内容上从剖析现有虚拟化技术解决方案及其在嵌入式领域所面临的挑战出发，掀开了嵌入式虚拟化创新解决方案的篇章；形式上不仅图文并茂，还增加了大量开源软件代码解析和应用案例。

李映 博士

英特尔中国软件生态部总经理

英特尔公司和 Linux 开源基金会合作的 ACRN 开源软件，是希望嵌入式虚拟化技术这门技术能够释放出硬件的计算力，激发出更多更酷的应用场景，并给用户带来最终价值。

目标读者

嵌入式系统的虚拟化技术可以看作一门跨领域的交叉技术。会涉及到操作系统、计算机体系结构等领域知识；另外，也需要嵌入式系统的设计和开发经验。

本书定位的读者是从事嵌入式领域开发的技术人员，或者任何想了解如何在嵌入式系统上实现虚拟机管理程序的专业人员。

内容简介

本书首先介绍虚拟化技术的基本原理，以及 KVM 在云服务器上实现。然后围绕虚拟化技术的核心内容，从 CPU 虚拟化、内存虚拟化、中断虚拟化和设备虚拟化这四个方面，重点介绍了开源嵌入式虚拟机 ACRN 的架构、原理和实现。另外，本书还特别总结了虚拟化系统的实时性能调优方法和功能安全认证实践。最后对嵌入式虚拟化技术的典型应用场景进行了举例分析。

本书作为嵌入式虚拟化技术入门参考书，通过对 ACRN 开源软件的介绍，帮助读者理解虚拟化技术架构，从而开始了解、学习、开发虚拟化软件，掌握嵌入式虚拟化技术并应用于工程实践。

内容导读

第1章 虚拟化技术概述

第2章 虚拟化技术原理

第3章 主流开源虚拟化KVM——原理与实现

第4章 嵌入式虚拟化——ACRN实现

第5章 嵌入式虚拟化 —— ACRN设备虚拟化

第6章 嵌入式虚拟化——ACRN使用

第7章 嵌入式虚拟化——实时性能优化

第8章 嵌入式实时操作系统

第9章 嵌入式虚拟化赋能功能安全

第10章 应用案例——智能数控系统和数字孪生

第11章 应用案例——机器视觉和机器控制的负载整合

第12章 应用案例——自主移动机器人

第13章 应用案例——软件定义的驾驶舱

权威作者团队

本书写作小组团队成员是来自英特尔亚太研发有限公司的技术专家们。他们在虚拟化领域、嵌入式领域、工业领域沉浸和工作多年，具有丰富的理论和实践经验。

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