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)這個跨界創(chuàng)新組合應(yīng)運而生，其典型的應(yīng)用場景包括軟件定義汽車駕駛艙、工業(yè)領(lǐng)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(shù)

虛擬化技術(shù)尤其是開源虛擬化技術(shù)，構(gòu)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(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：

01

隨著半導(dǎo)體技術(shù)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(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系統(tǒng)。

03

是不同業(yè)務(wù)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(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 “異構(gòu)” 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(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(yīng)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(shè)計挑戰(zhàn)。

隔離安全：

在嵌入式設(shè)備中，不同應(yīng)用的安全等級也會不一樣，需要構(gòu)建混合關(guān)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(shè)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(shè)備是電池供電（如移動式機器人，自主導(dǎo)航的小車等），出于節(jié)能的考慮，嵌入式虛擬機需要考慮支持低功耗設(shè)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(shù)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(shè)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(shè)備和嵌入式設(shè)備進行配置，為實時性和安全性進行了特殊設(shè)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(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

賦動能 ——多方位展示物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域?qū)嵺`應(yīng)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(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算力，激發(fā)出更多更酷的應(yīng)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(shù)可以看作一門跨領(lǐng)域的交叉技術(shù)。會涉及到操作系統(tǒng)、計算機體系結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域知識；另外，也需要嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)經(jīng)驗。

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(shù)的基本原理，以及 KVM 在云服務(wù)器上實現(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)備虛擬化這四個方面，重點介紹了開源嵌入式虛擬機 ACRN 的架構(gòu)、原理和實現(xiàn)。另外，本書還特別總結(jié)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(shù)的典型應(yīng)用場景進行了舉例分析。

本書作為嵌入式虛擬化技術(shù)入門參考書，通過對 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(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(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——機器視覺和機器控制的負載整合

第12章 應(yīng)用案例——自主移動機器人

第13章 應(yīng)用案例——軟件定義的駕駛艙

權(quán)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(shù)專家們。他們在虛擬化領(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踐經(jīng)驗。

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