智能汽车虚拟化（Hypervisor）技术详解_汽车操作系统中的虚拟化(1)

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图1 虚拟化典型应用场景

技术形态

Hypervisor 直译即 “超级监督者” ，也称为虚拟机监控程序（VMM）。如图 2 所示，Hypervisor处于 SoC 硬件平台之上，将实体资源（如 CPU、内存、存储空间、网络适配器、外设等 ) 转换为虚拟资源，按需分配给每个虚拟机，允许它们独立地访问已授权的虚拟资源。Hypervisor 实现了硬件资源的整合和隔离，使应用程序既能共享 CPU 等物理硬件，也能依托不同的内核环境和驱动运行，从而满足汽车领域多元化应用场景需求。

图2 虚拟化在系统中的位置

在汽车领域，Hypervisior 主要完成以下任务：

CPU 虚拟化：为虚拟机提供 VCPU 资源和运行环境；

内存虚拟化：负责为其自身和虚拟机分配和管理硬件内存资源；

中断虚拟化：发生中断和异常时，按需将中断和异常路由到虚拟机进行处理；

虚拟机设备模拟：根据需求创建虚拟机可以访问的虚拟硬件组件；

硬件支持 BSP：提供 Hypervisor 在 SoC 上运行的板级支持包，如串口驱动；

虚拟机资源配置：对虚拟机的 CPU，内存，IO 外设等资源进行配置和管理；

虚拟机通信：为虚拟机提供 IPC，共享内存等通信机制。

虚拟机调度：为虚拟机提供优先级和时间片等调度算法；

虚拟机生命周期管理：创建，启动和停止虚拟机；

虚拟机调测服务：提供控制台，日志等调试功能；

在汽车领域，Hypervisior 还面临如下挑战：

轻量高效。Hypervisor 在带来软件定义的灵活性的同时，也导致了软件栈层次增加，不可避免会有性能损耗。汽车领域的成本敏感特性，注定了降低 CPU、存储、网络、GPU 等外设性能损耗的需求贯穿整车项目始终，因此 Hypervisor 的轻量和高效十分重要；

安全可靠。相较于互联网领域看重的资源动态分配和闲置利用，汽车领域更看重 Hypervisor 的实时性、可靠性、安全性；

便捷适配。在汽车领域，芯片类型和操作系统丰富多样，嵌入式虚拟化的一大特点就是异构，Hypervisor 必须具备快速适配不同的底层硬件和上层操作系统的能力。

技术发展趋势

2.1 云边端虚拟化关键技术差异化

虚拟化技术最早可以追溯到 20 世纪 60 年代，IBM 开发了虚拟机监视器软件&