Встроенный гипервизор – это программный или аппаратный уровень, который облегчает одновременную работу нескольких вычислительных сред в рамках одной системы на кристалле (SoC). Он предоставляет разработчикам систем возможность объединять различные операционные системы (OSS) и приложения, каждое из которых обладает определенной функциональностью.

Чтобы встроенный гипервизор функционировал эффективно, он должен удовлетворять трем жизненно важным условиям виртуализации: эквивалентности, контролю ресурсов и эффективности.

В этой статье мы углубимся в заметную роль встроенных гипервизоров. Мы обсудим, как эти решения сочетают различные операционные системы, повышают эффективность оборудования и повышают безопасность системы. От динамических обновлений до диагностики автомобиля и управления промышленными датчиками мы рассмотрим их влияние в различных приложениях.

Как работает встроенный гипервизор?

Встроенный гипервизор обычно содержит несколько виртуальных машин, каждая из которых эмулирует аппаратную среду, в которой работает виртуализированное программное обеспечение. Эта эмуляция может копировать фактическое базовое оборудование, что приводит к полной совместимости между встроенным кодом, выполняемым на реальной машине, и его виртуальным аналогом.

Как только виртуальная машина устанавливает виртуальную платформу, процесс переноса гостевого программного обеспечения для работы в этой среде становится необходимым. К счастью, благодаря независимости виртуальной платформы от собственного оборудования гостевое программное обеспечение, изначально разработанное для такой виртуальной среды, может быть бесперебойно запущено на различных аппаратных платформах, поддерживаемых гипервизором.

Каковы роли встроенных гипервизоров?

Встроенные гипервизоры играют ключевую роль в оказании помощи командам разработки продуктов в эффективном создании, тестировании и сертификации новых версий критически важных для безопасности продуктов. Эти гипервизоры позволяют повторно использовать протестированное надежное программное обеспечение в виртуальных средах, что приводит к снижению затрат, уменьшению размера устройства и повышению энергоэффективности за счет минимизации количества SOC.

Кроме того, они обеспечивают быструю загрузку и производительность в режиме реального времени при плавной интеграции новых функций, соответствующих специфике ОС, таких как мультимедийные приложения на Android.

Преимущества встроенных гипервизоров

Преимущества встроенных гипервизоров многогранны и включают повышенную безопасность, оптимизированное использование ресурсов, повышенную надежность и повышенную гибкость системы.

Повышенная безопасность

Одним из важнейших преимуществ, предлагаемых встроенными гипервизорами, является их способность устанавливать надежный барьер между гостевой ОС, программными компонентами и функциями во встроенной системе. Такое разделение служит надежной защитой от потенциальных вредоносных программ и нарушений безопасности, защищая систему в целом от значительного ущерба и компрометации.

Оптимизированное использование ресурсов

Встроенные гипервизоры играют ключевую роль в максимальном использовании аппаратных ресурсов во встроенных системах. Абстрагируясь от базового оборудования, эти типы гипервизоров облегчают интеграцию устаревшего кода, обеспечивают одновременную работу нескольких операционных систем и эффективно устраняют ошибки, предотвращая каскадные эффекты между различными компонентами системы.

Повышенная надежность

Внедрение встроенных гипервизоров способствует повышению надежности встроенных систем за счет создания безопасных, инкапсулированных подсистем, определенных разработчиками. Такая инкапсуляция гарантирует, что любая скомпрометированная подсистема остается изолированной и неспособной нарушать работу других подсистем, тем самым значительно снижая вероятность общесистемных сбоев.

Повышенная гибкость

Встроенные гипервизоры повышают эффективность и безопасность во встроенных системах за счет разделения системных операций. Такое разделение гарантирует, что сбои, возникающие в одном разделе системы, остаются ограниченными и не распространяются на другие сегменты, тем самым сохраняя общую стабильность и производительность системы.

Поддержка нескольких изолированных виртуальных машин

Фундаментальная возможность встроенных гипервизоров заключается в их поддержке нескольких изолированных виртуальных машин. Эта функция позволяет разработчикам систем объединять разрозненные операционные системы и приложения, каждое из которых предъявляет особые требования к надежности и защищенности, в единый SoC. Такая консолидация не только упрощает системную архитектуру, но и усиливает синергию между различными программными компонентами.

Функции встроенного гипервизора

Вот некоторые из универсальных атрибутов — от безопасности и надежности до оптимизации оборудования и производительности, — которые делают встроенные гипервизоры важным компонентом в расширении функциональности встроенных систем:

• Повышенная безопасность виртуальной машины: Благодаря сегментации различных функций гипервизоры значительно повышают безопасность каждого компонента. Более того, некоторые встроенные гипервизоры обладают способностью обнаруживать потенциальные проникновения вредоносных программ в виртуальные машины и операционные системы и противодействовать им, повышая общую безопасность.
• Надежность системы: Встроенные гипервизоры устанавливают защитный барьер, гарантирующий, что некритичные по времени части системы не влияют на функционирование жизненно важных компонентов в режиме реального времени. Такое разделение повышает общую надежность системы, поддерживая согласованную работу различных функций.
• Оптимизированное использование оборудования: Использование встроенных гипервизоров может сократить расходы на оборудование, размер, вес и энергопотребление. Уменьшая количество SOC в проекте, эти гипервизоры повышают эффективность системы при одновременной экономии ресурсов.
• Быстрая связь: Встроенные гипервизоры отдают приоритет быстрой связи между различными виртуальными машинами, что крайне важно для систем реального времени, требующих быстрого отклика. Эта способность способствует плавному взаимодействию между различными компонентами системы.
• Встроенная производительность: Встроенные гипервизоры могут точно воспроизводить скорость, оперативность реагирования в реальном времени, предсказуемость и энергоэффективность базовой аппаратной платформы. Это гарантирует, что система сохраняет свои максимальные характеристики производительности.

Примеры использования встроенного гипервизора

Встроенные гипервизоры предоставляют множество приложений для различных систем, таких как поддержка нескольких операционных систем, облегчение динамических обновлений, улучшение диагностики транспортных средств и оптимизация управления промышленными датчиками.

Динамические обновления

ОН может использовать встроенные гипервизоры для плавной интеграции динамических обновлений, повышая эффективность системы. Гипервизор облегчает целенаправленное развертывание обновлений на отдельных виртуальных машинах, не вызывая сбоев во всей системе. В результате система остается актуальной благодаря последним усовершенствованиям программного обеспечения и исправлениям ошибок, поддерживая бесперебойную работу.

Диагностика автомобиля

Встроенные гипервизоры находят практическое применение в диагностике автомобиля, облегчая идентификацию и разрешение проблем. Работая с диагностическим программным обеспечением в рамках отдельной виртуальной машины, гипервизор изолирует и анализирует системы автомобиля, не вмешиваясь в нормальную работу. Это упрощенное устранение неполадок приводит к повышению производительности и надежности автомобиля.

Управление промышленными датчиками и исполнительными механизмами

В промышленных условиях встроенные гипервизоры играют ключевую роль в управлении входным сигналом датчика и выходным сигналом привода, оптимизируя производительность в сложных средах. Гипервизор выделяет выделенные виртуальные машины для конкретных датчиков и исполнительных механизмов, обеспечивая эффективный и надежный сбор данных и управление.

Такое разделение повышает безопасность за счет локализации проблем в соответствующих виртуальных машинах и расширяет возможности работы в режиме реального времени для точного определения времени и синхронизации промышленного процесса.

3 лучших встроенных гипервизора

Вот несколько лучших доступных в настоящее время встроенных гипервизоров, у каждого из которых есть свои сильные и слабые стороны.

OKL4

Гипервизор OKL4 – это гипервизор реального времени типа 1, который расширяет свою поддержку до дистрибутивов Linux, VxWorks и Android. Он может похвастаться репутацией надежного устройства с высокооптимизированной производительностью, обеспечивающего надежные меры безопасности.

Благодаря включению детализированных политик этот гипервизор обеспечивает тщательный контроль над виртуальной средой. Кроме того, он легко интегрируется с ARM TrustZone, аппаратным расширением безопасности, обеспечивающим защищенную среду выполнения.

Xvisor

Xvisor – это гипервизор с открытым исходным кодом, работающий на архитектурах ARM, MIPS и x86. Разработанный для легкой, безопасной и быстрой виртуализации, адаптированной к встраиваемым системам, он обеспечивает высокопроизводительную работу на процессорах x86, 64-разрядных версиях и ARM 5 – ARM 8.

Кроме того, его универсальность распространяется на виртуализацию на старых чипах ARM, в которых отсутствуют расширения ARM virtualization extensions, а широкая поддержка гостевой ОС повышает его адаптивность.

ACRN

ACRN – это гипервизор с открытым исходным кодом, предназначенный для решения различных приложений, охватывающих IoT, автомобильную и промышленную сферы. Он предлагает модульное, настраиваемое решение для виртуализации, точно настроенное для встроенных систем.

Компонент объединяет несколько вычислительных сред, обеспечивая как изоляцию, так и безопасность. Его отличительной чертой является гибкость в приведении гипервизора в соответствие с конкретными вариантами использования и требованиями, при этом оптимизируя производительность и использование ресурсов во встроенных системах.

Итог: примите виртуализированное будущее со встроенными гипервизорами

Встроенные гипервизоры становятся инструментами преобразования в различных отраслях промышленности. Эти решения обеспечивают бесперебойную работу между различными операционными системами, оптимизируют использование оборудования и повышают безопасность и надежность системы. Их влияние распространяется на динамические обновления, диагностику транспортных средств и управление промышленными датчиками, демонстрируя их универсальность и значимость.

По сути, встроенные гипервизоры являются ключом к повышению эффективности, гибкости и безопасности во встроенных системах. Устраняя разрыв между разнообразием программного обеспечения и аппаратными ограничениями, эти гипервизоры ведут нас к инновационному виртуализированному будущему.