處理器開發中的重大新聞是主要 CPU 制造商現在如何標準化多核處理器技術。雖然大多數軟件社區都專注于服務器應用程序，但各種嵌入式計算應用程序的開發人員也可以從多核處理器的最新進展中受益。

多核處理器為將新功能與舊代碼混合以及在同一系統上組合多個操作環境的需求提供了一種解決方案。與由多個子系統組成的傳統嵌入式系統相比，高度集成的系統可以通過在單個處理系統的不同內核上運行的實時軟件組件和人為指導的元素來構建， 通過消除冗余硬件來降低系統制造和維護成本。

挑戰在于實施有效

利用新處理器芯片的軟件。今天，系統將處理器內核專用于實時操作系統（RTOS） 和通用操作系統 （GPOS） 的獨立、不同的操作環境。

以犧牲性能為代價共享 I/O

承載多個操作環境的軟件必須支持處理器硬件接口的虛擬化，以便多個軟件應用程序可以共享多核處理器的 I/O 而不會發生沖突。在這種情況下，虛擬化的概念涉及使用軟件允許單個硬件同時為多個操作系統提供服務。

從歷史上看，虛擬機管理軟件模擬了整個底層機器，包括所有 I/O 設備。但是，使用完全虛擬化的機器會造成客戶操作系統直接與硬件交互時所沒有的性能損失。例如，圖形密集型應用程序需要訪問真實硬件以獲得最佳性能。虛擬幀緩沖區太慢，并且缺乏渲染 3D 運動圖像的應用程序的足夠功能。這給醫學成像系統或機器人裝配機等應用帶來了重大問題。在此類系統中，渲染圖像的客戶操作系統需要直接訪問物理幀緩沖區及其控制 I/O。

直接訪問 I/O 提高了響應能力

鑒于這種性能挫折，需要一種不同的虛擬機管理方法來支持最新的 I/O 硬件

增強功能并在確定性處理環境中實現最高性能。為了解決這個問題，虛擬機管理器（VMM，如圖 1 所示）將特定設備直接分配給控制它們的 I/O 任務。在這個系統中，VMM 不模擬底層機器的整個 I/O接口，只模擬那些共享的設備。對于所有其他設備，它確保只有授權的操作環境才能訪問特定的性能關鍵 I/O。例如，如圖所示，VMM 確保主操作員顯示屏只能由 GPOS 訪問，在本例中為Windows。

圖1

這種將 I/O 專門分配給特定虛擬機的概念對于保證實時響應能力至關重要。對響應關鍵硬件的訪問必須僅限于控制硬件的 RTOS；同樣，對遺留 I/O 接口的訪問應僅限于相應的遺留應用軟件。

虛擬化支持遺留代碼遷移

在其自己的處理器內核上的虛擬實時機器中運行舊版 RTOS，可以將舊版實時軟件從過時的硬件遷移到現代嵌入式平臺。由于 I/O 可以虛擬化，因此可以模擬舊的硬件設備，從而最大限度地減少重寫經過驗證的軟件的需要。例如，通過攔截對傳統 VMEbus I/O 的 I/O 請求并將它們重定向到等效的板載 I/O 設備，可以將VMEbus 系統轉換為更便宜的 SBC 系統。

有效的 VMM 系統將 VMM 可以復用的資源與必須為虛擬機獨占的資源區分開來。例如，磁盤和企業以太網接口等設備可以在所有虛擬機之間多路復用和共享。但是，當確定性和性能比平等訪問更重要時，虛擬化軟件應該隔離資源以供特定虛擬機及其客戶操作系統使用。

組合獨立子系統的好處

因為多核芯片可以承載多個操作環境，以前需要多個離散計算模塊的系統現在可以組合在單個硬件環境中。通過重用經過驗證的遺留應用程序并支持 RTOS 和 GPOS 子系統之間更快的通信和協調，該技術可以降低成本、提高 可靠性和穩健性，并節省設計、制造和維護 資源。

審核編輯：郭婷