嵌入式系统虚拟化技术

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嵌入式系统虚拟化技术

- Michel Genard

虚拟化技术已在企业IT运营中应用了多年,现正在进入嵌入式系统市场。它为企业机构提供了一种解决方案,可帮助他们将为特定目的而构建的既有封闭系统过渡到现代化的新天地,新的部署方式更具有流动计算的特性,可由软件来定义,同时加强了互连性。

Wind River Helix Virtualization Platform 是专门为实现这种演进而设计的解决方案。它是一个几乎可以运行任何嵌入式系统的单一平台,无论传统既有系统还是现代全新系统。

虚拟化技术——Wind River Helix Virtualization Platform

为了在嵌入式系统中释放虚拟化的潜力,风河开发了Wind River Helix Virtualization Platform。如图1所示,Helix Platform支持的操作系统包括Wind River VxWorks RTOS、Wind River Linux、Microsoft Windows和Android,甚至包括其他未修改的“自带”(BYO)Guest OS。硬件解耦功能可让任何混合操作系统在 Intel®或ARMTM架构上运行。Helix Platform Type 1 Hypervisor运行在处理器内核层级上,有助于每个应用程序顺畅、安全且并发运行。


图1  Helix Platform Type 1 Hypervisor参考架构,支持多个嵌入式系统运行在同一个单一芯片上

Helix Platform支持许多不同的行业框架,例如用于航空电子行业的ARINC 653软件规范、工业自动化领域的O-PAS标准以及汽车业的ADAR。Helix Platform也为通过DO-178C机载系统安全性、IEC 61508工业功能安全性和ISO 26262汽车安全性的认证提供了便利。


图2  Helix Platform支持静态、锁定或动态灵活配置以便运行在同一个硬件环境中

例如,图2设想了一架飞机利用Helix Platform来运行针对基于RTOS的系统和其他通用应用(如用户界面)的安全关键型应用相结合。此外,它还可以运行应用人工智能和机器学习的应用软件。

一般认为,单一的Helix Platform架构比独立运行每个嵌入式系统的替代方案更安全。应用更多的系统意味着存在更多可能受到潜在攻击的暴露点。网络安全最佳实践表明,多个端点比单个端点更难保护。相比在多个设备上的多个嵌入式系统上应用安全策略,在单一Hypervisor 应用零信任等安全策略更容易、更安全。

从理论上讲,单一Hypervisor 进行漏洞检测也更容易一些。在图1的示例中,安全测试人员只需要测试从Hypervisor到网络的一条路径,而不必测试五条路径。而且,缺乏补丁管理是广为人知的网络风险来源。假设Helix Platform提供的嵌入式系统是隔离的,那么使用单一Hypervisor补丁比使用混合(很可能无法打补丁)的旧系统安全性要高得多。

Helix Platform内的可靠分区限制了对关键嵌入式系统元素的访问。这样一来,如果一个蓄意破坏、严重的错误或是有问题的应用软件可以渗透到一个嵌入式系统中,它就无法攻击平台上的其他任何系统。这是大多数网络安全框架中的核心对策。该平台还控制资源分配,从而保护系统的完整性。

通往未来应用的桥梁

当然,从既有系统向未来系统的跨越绝不会一蹴而就。Helix Platform 可以充当关键的桥梁,帮助开发人员将现有应用软件(及其相关的认证)部署到新应用软件生命周期结束之前。这种新旧混合的应用软件也可以运行在新旧混合的操作系统之上。

Helix Platform是您从既有应用系统走到软件定义未来的桥梁。

以航空电子控制器为例,出于安全和认证的原因,它必须运行在RTOS上,但是它也可以与基于Linux且由人工智能(AI)驱动的路由优化解决方案连接。该解决方案本身是大型飞行管理系统的一部分。整个系统要遵循快速的产品发布周期和严格的网络安全要求。Helix Platform提供了在单个独立于硬件的平台上运行既有应用软件和新兴应用软件所需的综合稳定性和灵活性。

嵌入式系统虚拟化技术的财务回报

使用嵌入式系统设备和解决方案的制造商,将会从对虚拟化技术的应用中获得投资回报(ROI)。从运营成本的角度来看,使用Helix Platform降低了为嵌入式系统开发、测试和生产而购买专用硬件的成本。

虚拟化既降低了资本成本和运营成本,又增加了营业收入,从而全面提高投资回报。

就运营成本而言,虚拟化可通过节省多项成本来提高投资回报率。在产品开发周期中,各环节耗时变短,因此可以减少开发支出。测试和质检也同样缩短了,从而节省了这项费用。借助于Hypervisor 方法,就不再需要大量招聘和保留具有稀缺技能的开发人员。而且,随着应用软件集成的增加,支持早期嵌入式系统的高额成本也降低了。

嵌入式系统虚拟化还可以增加企业营收。首先,产品开发周期的加快将增加销售量。其次,增加的可扩展性和集成性也可以导致收入增长。原来可能是独立运行的设备现在可以便捷地成为扩展系统的一部分,并且拥有更多的潜在客户。资本成本和运营成本的削减,再加上应收的增加,意味着嵌入式系统虚拟化的投资回报必然丰厚。

另外,知识产权(IP)的再利用也有助于虚拟化带来投资回报。通过与现有嵌入式系统软件兼容的单一平台,可以更便捷地将现有代码库和Guest操作系统重新用于创新的嵌入式系统。

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Wind River Helix Virtualization Platform提供了使旧有嵌入式系统现代化的解决方案。它能够满足现行系统的安全性、可靠性和认证要求,从而将旧系统与新系统连接起来。Helix Platform在领先的硬件架构上运行,同时简化了各种行业的认证。现在,嵌入式系统制造商可以通过平台来缩短上市时间、减少投资、降低资本成本和运营成本,从而避免传统的支持陷阱。

Helix平台为嵌入式系统的开发人员提供了一条最佳路径,既能与时俱进,同时又保留原有投资。

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