采用全虛擬化技術(shù)的多嵌入式操作系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著嵌入式行業(yè)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)所涉及的應(yīng)用場景不斷增多，這使得只支持單一應(yīng)用類型的嵌入式系統(tǒng)不再能夠滿足用戶需求，導(dǎo)致現(xiàn)有的嵌入式系統(tǒng)往往包含多個(gè)子系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜。在此背景下，業(yè)界亟需一些解決方案對這些子系統(tǒng)進(jìn)行業(yè)務(wù)整合。此外，在嵌入式系統(tǒng)中，往往存在著許多安全等級(jí)不同的應(yīng)用，在進(jìn)行業(yè)務(wù)整合的同時(shí)，必須保證高安全等級(jí)應(yīng)用的數(shù)據(jù)安全。最后，由于很多遺留軟件不可移植或者難以移植到新平臺(tái)上，在進(jìn)行業(yè)務(wù)整合時(shí)也必須考慮對遺留

2、軟件的支持。
　　在嵌入式系統(tǒng)上應(yīng)用全虛擬化技術(shù)，可以在一個(gè)硬件平臺(tái)上虛擬出多個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)均可運(yùn)行獨(dú)立的操作系統(tǒng)，通用操作系統(tǒng)和 RTOS可以并存，設(shè)備虛擬化技術(shù)可以為遺留軟件虛擬出過時(shí)的硬件設(shè)備，這使得嵌入式虛擬化平臺(tái)可以將實(shí)時(shí)、非實(shí)時(shí)應(yīng)用和遺留軟件整合在同一平臺(tái)上，同時(shí)也可能較好地滿足不同安全等級(jí)應(yīng)用對數(shù)據(jù)隔離的需求。然而，與現(xiàn)有的虛擬化產(chǎn)品相比，嵌入式虛擬化產(chǎn)品更關(guān)注虛擬化平臺(tái)是否能滿足實(shí)時(shí)任務(wù)的實(shí)時(shí)需求。在已有的開源H

3、ypervisor中，設(shè)備虛擬化功能較為完善、具有分區(qū)間通信功能且適用于多核平臺(tái)的嵌入式Hypervisor已有不少，然而它們均不能滿足嵌入式系統(tǒng)對強(qiáng)實(shí)時(shí)性需求。
　　本文通過研究現(xiàn)有的、適用于嵌入式平臺(tái)的Hypervisor，最終選擇Xen為目標(biāo)，詳細(xì)研究了它的虛擬化實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)研究了 VCPU的調(diào)度原理和中斷注入流程，然后分析了Hypervisor對客戶操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)性產(chǎn)生的影響，最終提出新的VCPU調(diào)度算法，改進(jìn)了Xen的中斷處

4、理流程，對Xen的實(shí)時(shí)性進(jìn)行增強(qiáng)。在上述基礎(chǔ)上，本文將實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTEMS移植到Xen平臺(tái)上，為其添加了半虛擬化設(shè)備支持，實(shí)現(xiàn)了多嵌入式操作系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)原型系統(tǒng)。在文章最后，本文從任務(wù)響應(yīng)時(shí)間和中斷響應(yīng)時(shí)間的角度對運(yùn)行在多嵌入式操作系統(tǒng)中的 RTOS進(jìn)行了實(shí)時(shí)性測試，結(jié)果表明，相比于運(yùn)行在采用Credit、Credit2和RTDS調(diào)度算法的Xen上的RTOS，運(yùn)行在實(shí)驗(yàn)原型系統(tǒng)中的 RTOS具有較低的平均響應(yīng)延遲時(shí)間，最壞響應(yīng)延遲時(shí)間遠(yuǎn)