處理器開發(fā)中的重大新聞是主要 CPU 制造商現(xiàn)在如何標(biāo)準(zhǔn)化多核處理器技術(shù)。雖然大多數(shù)軟件社區(qū)都專注于服務(wù)器應(yīng)用程序，但各種嵌入式計算應(yīng)用程序的開發(fā)人員也可以從多核處理器的最新進展中受益。

多核處理器為將新功能與舊代碼混合以及在同一系統(tǒng)上組合多個操作環(huán)境的需求提供了一種解決方案。與由多個子系統(tǒng)組成的傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)相比，高度集成的系統(tǒng)可以通過在單個處理系統(tǒng)的不同內(nèi)核上運行的實時軟件組件和人為指導(dǎo)的元素來構(gòu)建， 通過消除冗余硬件來降低系統(tǒng)制造和維護成本。

挑戰(zhàn)在于實施有效

利用新處理器芯片的軟件。今天，系統(tǒng)將處理器內(nèi)核專用于實時操作系統(tǒng)（RTOS） 和通用操作系統(tǒng) （GPOS） 的獨立、不同的操作環(huán)境。

以犧牲性能為代價共享 I/O

承載多個操作環(huán)境的軟件必須支持處理器硬件接口的虛擬化，以便多個軟件應(yīng)用程序可以共享多核處理器的 I/O 而不會發(fā)生沖突。在這種情況下，虛擬化的概念涉及使用軟件允許單個硬件同時為多個操作系統(tǒng)提供服務(wù)。

從歷史上看，虛擬機管理軟件模擬了整個底層機器，包括所有 I/O 設(shè)備。但是，使用完全虛擬化的機器會造成客戶操作系統(tǒng)直接與硬件交互時所沒有的性能損失。例如，圖形密集型應(yīng)用程序需要訪問真實硬件以獲得最佳性能。虛擬幀緩沖區(qū)太慢，并且缺乏渲染 3D 運動圖像的應(yīng)用程序的足夠功能。這給醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)或機器人裝配機等應(yīng)用帶來了重大問題。在此類系統(tǒng)中，渲染圖像的客戶操作系統(tǒng)需要直接訪問物理幀緩沖區(qū)及其控制 I/O。

直接訪問 I/O 提高了響應(yīng)能力

鑒于這種性能挫折，需要一種不同的虛擬機管理方法來支持最新的 I/O 硬件

增強功能并在確定性處理環(huán)境中實現(xiàn)最高性能。為了解決這個問題，虛擬機管理器（VMM，如圖 1 所示）將特定設(shè)備直接分配給控制它們的 I/O 任務(wù)。在這個系統(tǒng)中，VMM 不模擬底層機器的整個 I/O接口，只模擬那些共享的設(shè)備。對于所有其他設(shè)備，它確保只有授權(quán)的操作環(huán)境才能訪問特定的性能關(guān)鍵 I/O。例如，如圖所示，VMM 確保主操作員顯示屏只能由 GPOS 訪問，在本例中為Windows。

圖1

這種將 I/O 專門分配給特定虛擬機的概念對于保證實時響應(yīng)能力至關(guān)重要。對響應(yīng)關(guān)鍵硬件的訪問必須僅限于控制硬件的 RTOS；同樣，對遺留 I/O 接口的訪問應(yīng)僅限于相應(yīng)的遺留應(yīng)用軟件。

虛擬化支持遺留代碼遷移

在其自己的處理器內(nèi)核上的虛擬實時機器中運行舊版 RTOS，可以將舊版實時軟件從過時的硬件遷移到現(xiàn)代嵌入式平臺。由于 I/O 可以虛擬化，因此可以模擬舊的硬件設(shè)備，從而最大限度地減少重寫經(jīng)過驗證的軟件的需要。例如，通過攔截對傳統(tǒng) VMEbus I/O 的 I/O 請求并將它們重定向到等效的板載 I/O 設(shè)備，可以將VMEbus 系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為更便宜的 SBC 系統(tǒng)。

有效的 VMM 系統(tǒng)將 VMM 可以復(fù)用的資源與必須為虛擬機獨占的資源區(qū)分開來。例如，磁盤和企業(yè)以太網(wǎng)接口等設(shè)備可以在所有虛擬機之間多路復(fù)用和共享。但是，當(dāng)確定性和性能比平等訪問更重要時，虛擬化軟件應(yīng)該隔離資源以供特定虛擬機及其客戶操作系統(tǒng)使用。

組合獨立子系統(tǒng)的好處

因為多核芯片可以承載多個操作環(huán)境，以前需要多個離散計算模塊的系統(tǒng)現(xiàn)在可以組合在單個硬件環(huán)境中。通過重用經(jīng)過驗證的遺留應(yīng)用程序并支持 RTOS 和 GPOS 子系統(tǒng)之間更快的通信和協(xié)調(diào)，該技術(shù)可以降低成本、提高 可靠性和穩(wěn)健性，并節(jié)省設(shè)計、制造和維護 資源。

審核編輯：郭婷