摘要：虛擬化對桌面系統已是司空見慣，但對嵌入式系統設計人員來說，卻一直是一個棘手的問題，因為嵌入式系統設計人員需要優化 SoC 系統的利用率和性能。

傳統上，虛擬化難以用于嵌入式領域，是因為缺乏既可簡化解決方案實現工作，又能提供滿意性能的合適硬件資源。因此，需要在同一處理器上運行異構軟件協議棧的系統不得不依賴于人工管理各種軟件協議棧，或不得不接受未加速虛擬化所帶來的更大時延和性能特性下降等缺陷。

位于每個 Zynq UltraScale+ MPSoC 核心的 ARM?v8 架構能確保真正的硬件加速虛擬化，克服這些實現障礙。此外，Xen 管理程序提供的易用性為在嵌入式系統中實現桌面級性能和生產力奠定了基礎。運行在 Zynq UltraScale+ MPSoC 上的 Xen 管理程序為系統設計人員提供完整的解決方案，能充分釋放嵌入式系統設計的全部潛力。

簡介

虛擬化通過讓多個軟件協議棧同時運行在同一處理器上，已經征服了桌面系統，現在將進軍嵌入式系統。VMWare 和 VirtualBox 這樣的常用套件已經讓虛擬化成為桌面用戶司空見慣的做法。這類軟件被視為臺式電腦生產力增強器，不過賽靈思 Zynq UltraScale+ MPSoC 等嵌入式片上系統(SoC) 也可運用同一原理充分發揮最大潛能。

虛擬化的作用隨系統發生變化。對某些設計人員來說，虛擬化能夠讓處理器始終保持滿負載狀態，從而節省電力，最大化性能。對其他系統，虛擬化可對各個軟件協議棧進行分區，實現隔離或冗余。

傳統上，虛擬化難以用于嵌入式領域，是因為缺乏既可簡化解決方案實現工作，又能提供滿意性能的合適硬件資源。因此，需要在同一處理器上運行異構軟件協議棧的系統不得不依賴于人工管理各種軟件協議棧，或不得不接受未加速虛擬化所帶來的更大時延和性能特性下降等缺陷。

位于每個 Zynq UltraScale+ MPSoC 核心的 ARM?v8 架構能確保真正的硬件加速虛擬化，克服這些實現障礙。此外，Xen 管理程序提供的易用性為在嵌入式系統中實現桌面級性能和生產力奠定了基礎。運行在 Zynq UltraScale+ MPSoC 上的 Xen 管理程序為系統設計人員提供完整的解決方案，能充分釋放嵌入式系統設計的全部潛力。

為什么要虛擬化嵌入式系統？

是否需要虛擬化一般由下列三大系統設計特征之一決定的：

? 處理器必須能根據性能規范要求盡量保持滿載。
? 應安全、可擴展性和/ 或可靠性的要求需要進行軟件隔離或分區。
? 為滿足可靠性要求，需要進行縮放或提供冗余。

硬件加速的虛擬化位于 Zynq UltraScale+ MPSoC 的 ARMv8 架構的核心位置。這種協同架構不僅能滿足上述每一項要求，實際上它還能簡化實現工作。之所以能這樣，是因為它為每個客戶軟件協議棧提供一個隔離的沙盒。沒有這樣的硬件加速，這些系統會變得復雜得多，給實現和管理帶來切實的問題。

經優化的系統加載

對系統加載進行精心管理是嵌入式系統的共通難題，在沒有管理程序輔助時還會造成一系列嚴峻的運行問題。Linux 等傳統操作系統非常擅長于處理對稱多處理 (SMP) 任務，此時所有處理器核都處在它的控制之下。但是如果不是每一個處理器都有任務會怎么樣？ Linux 會讓沒有使用的處理器處于待機狀態。

Linux 的多個實例可按原樣虛擬化（即對 Linux 不做修改），每個實例都運行自己的一組任務。可以根據需要將 Linux 的新實例投入使用。相反如果需求較低，這些 Linux 實例可以關閉。因此處理器可以根據需要激活或待機，但系統總體上能保持近乎持續的繁忙。另外，管理多個不同的軟件協議棧也可采用類似的方法。這樣無需要求所有的虛擬操作系統相同，從而提高最終系統的靈活性和模塊化水平。

經優化的軟件隔離與分區

軟件隔離和分區是另一個能給非托管環境帶來嚴峻挑戰的常見用例。這個問題與系統加載問題類似，但是包含一項額外的要求，即每個軟件協議棧不能與任何同時運行的軟件協議棧發生干擾。這種情況的最簡單的例子是兩個并行運行的實時操作系統。滿足這些需求的傳統方法會增大軟件的復雜性，以確保每個 RTOS 只與分配給自己的有限資源交互。相比之下，虛擬化系統采用的沙盒模式能讓每個 RTOS 完全控制其沙盒中可用的資源。它把這個沙盒視為完整系統，在使用時無需了解是否有其他軟件可能在系統上運行。這種沙盒模式能極大地減少綁定到特定硬件平臺的資源，提高代碼的可移植性。此外，該 RTOS無需感知系統中的任何其他軟件，讓它能大幅得到簡化。這種脫離依賴性的方法，對開發人員來說是一個巨大的福音，因為他們只需編寫一次代碼，就能將它部署到眾多的不同系統上。

經優化的縮放與冗余