基于虚拟化技术的嵌入式linux实时性研究

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1、基于虚拟化技术的嵌入式linux实时性研究摘要：随着计算机技术、网络技术和微电子技术的快速发展，嵌入式系统的应用越来越广。嵌入式硬件的快速发展给系统带来了高性能，同时也给虚拟化技术在嵌入式领域的应用带来了曙光。如今，虚拟化技术在桌面，服务器市场已经趋于成熟，但是嵌入式领域还处于探索研究中。虚拟化技术使得同一个硬件平台可以运行多个OS，例如可以整合同一个硬件平台的GPOS和RTOS。虚拟化技术采用了双内核方式改善嵌入式linux的实时性问题，它可以满足硬实时需求。关键词：嵌入式linux；实时性；虚拟化中图分类号：TP316.811研究背景和目的嵌入式系统由硬件和

2、软件两大部分组成。和传统的PC机相比，嵌入式系统有其独特的特点。嵌入式系统有系统内核小，专用性强，系统精简，高实时性OS，软件开发走向标准化，需要开发工具和环境的特点。虚拟化技术使得在一个物理平台上可以运行多个操作系统，它提供了比操作系统更高的独立性。由于市场需求的扩大，虚拟化的发展势头强劲，这也在相当一部分程度上催生了软件和硬件厂商联手进军虚拟化。7按照不同的方式，虚拟化可以分为很多种，它可以根据需求应用在不同的场合。一般针对硬件级平台虚拟化，虚拟化分为泛虚拟化（PV）和全虚拟化（HVM）两种。2国内外研究现状虚拟化起源于大型机，兴盛于服务器和pc领域，在嵌入

3、式领域尚不成熟，但发展势头迅猛。如今国外已有很多嵌入式虚拟化解决方案，但是大多属于不开源系统，研究相对困难，国内在这方面的发展也比较滞后。常见的嵌入式虚拟化解决方案有开源社区的xenonarm，KVMforARM，virtuallogic的VLX，OpenKernelLab的OKL4Microvisor，VMware的MVP，RedBendSoftware，Trango，GreenHillsSoftware的INTEGRITYsecurevirtualization，WindRiverHypervisor等。除了xen，KVM外，其余均不开源，且除了GreenH

4、ills，KVM，WindRiverHypervisor外，其余均为半虚拟化，只有OKL4可以看到性能测试数据。和国外的研究相比，国内的研究尚属于起步阶段，暂未看到值得关注的研究或产品。虽然现有的研究取得了一定的研究成果，但仍存在很多不足，如实现复杂、可维护性差等。本文将在已有的研究成果基础上，进一步研究通过虚拟化技术改善嵌入式linux的实时性问题。3嵌入式linux的实时问题研究3.1实时嵌入式系统介绍73.1.1嵌入式系统根据应用领域划分，嵌入式应用可分为工业自动化，商业软件，视频游戏，通信（包括所有互联网相关），医疗软件和军事软件。关于嵌入式系统的定义有

5、多个版本。IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义：嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”。在国内，嵌入式系统最为普遍接受的的定义是指“以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。一般从广义上认为，除了通用的计算机系统外，所有的智能电子设备均属于嵌入式设备。嵌入性，专用性，计算机是嵌入式系统的三大要素。嵌入式系统的嵌入性是指嵌入式设备需要嵌入到某个对象体系中，它对对象环境有要求。专用性是指嵌入式系统的软硬件需要根据对象要求进行裁剪。嵌入式系统的专用性很强，由于嵌入式系统软硬件结

6、合紧密，一般情况下需要针对硬件进行系统的移植。3.1.2实时嵌入式系统7在嵌入式系统中，有很多系统需要满足实时性需求，所以很多嵌入式系统往往是实时系统。值得注意的是，并非所有的嵌入式系统都是实时系统。虽然并非所有的嵌入式系统都是使用实时操作系统设计，但是实时操作系统已经成为许多嵌入式系统的关键。一个好的实时嵌入式操作系统必须满足一些公共属性，包括可靠，可预测，高性能，紧凑和可裁剪。实时嵌入式操作系统实必须是可靠的。根据实际应用，系统对可靠性的程度要求不同。实际中，实时系统本身不能经过测量确定系统的可靠性。系统中所有元素的集合，包括硬件，BSP（板级支持包），实时

7、操作系统和应用程序共同决定了系统的可靠性。实时嵌入式系统具有可预测性，因为实时系统必须在某种程度上是可预测的。开发人员可以用一些基准程序确认实时操作系统的确定性，例如某些特定调用的响应时间。关于实时嵌入式的性能测试，有许多衡量指标。系统的软件和硬件都会影响到系统的性能。例如可以用MIPS（每秒百万次指令）衡量系统的CPU性能。一般来说，吞吐量可以用来衡量软硬件组合在一起的系统整体性能。实时嵌入式系统具有紧凑性。因为嵌入式系统中，硬件资源有限，所以实时操作系统必须小巧并且有效，这与尺寸和费用相关。由于实时操作系统应用在各类嵌入式系统中，所以系统必须能够裁剪以满足特

8、定应用需求。可裁剪性有时