虛擬化操作系統介紹 車載平臺有逐漸融合的趨勢，車載 SoC 的計算性能和應用快速增長，面臨著多種應用在 多個顯示子系統融合在一起的問題，這就要求平臺運行多個操作系統。虛擬化（Virtualization） 技術飛速發展，系統虛擬化是虛擬化技術中的一種，隨著目前 CPU 技術和性能的極大發展， 虛擬化技術真正商用的時機已經到來。系統虛擬化是指將一臺物理計算機系統虛擬化為一臺 或多臺虛擬計算機系統。每個虛擬計算機系統（簡稱虛擬機）都擁有自己的虛擬硬件（比如 CPU、內存和設備等），來提供一個獨立的虛擬機運行環境。通過模擬虛擬化層，虛擬機中的 操作系統認為自己仍然是獨占一個系統在運行。每個虛擬機中的操作系統可以完全不同，并 且執行環境是完全獨立的。系統虛擬化的架構如圖 4.1 所示。 在虛擬環境中，物理資源稱為宿主（Host），虛擬出來的資源稱為客戶（Guest）。比如說， 把一個物理計算機虛擬成多個虛擬計算機，那么這個物理計算機被稱為宿主機（Host Machine）， 在其之上運行的虛擬機被稱為客戶機（Guest Machine）。宿主機上運行的操作系統稱為宿主機 操作系統（Host OS），那虛擬機中運行的操作系統被稱為客戶機操作系統（Guest OS）。 4.1.1 車載虛擬化系統架構 一般虛擬化系統由三個部分組成：硬件、虛擬機監控器和虛擬機。通過在硬件底層處理 器上構建一個虛擬層，實現信息娛樂系統、儀表屏系統等多操作系統的同時、獨立運行，從 而維護整個汽車系統的安全[14]。當娛樂系統的應用出現問題時，不會影響儀表系統的應用的 正常運行。能夠滿足不同需求、有著不同安全要求的軟件能夠實現共存共用。同時通過虛擬 技術，不同功能系統、軟件之間能夠圖像、驅動器共享，實現中控屏、儀表屏、后座娛樂屏、 HUD 投影屏之間的無縫互動、信息融合。圖 4.2 描述了本系統虛擬化操作系統總體架構框圖。

通常來說，虛擬機監控器（VMM）對物理資源的虛擬要歸納三個主要任務：處理器（CPU） 虛擬化、內存虛擬化和 I/O 虛擬化。虛擬機是由虛擬處理器、虛擬內存和虛擬 I/O 設備等組 成。VMM 的主要功能就是基于物理資源來創建相對應的虛擬資源，組成虛擬機，為客戶機 操作系統提供虛擬的平臺。 處理器虛擬化就需要實現多操作系統共享 CPU，對 CPU 的分配是可配置的，通過靈活的 配置手段，實現虛擬 CPU 和硬件 CPU 的不同映射，滿足實際 CPU 的分配需求。也解決了在 不同架構 CPU 間通信的問題。內存虛擬化就可以實現各虛擬節點間的內存高效共享，做到合 理的資源分配。I/O 虛擬化解決了外圍設備虛擬化的問題，根據實現應用，對外圍設備作虛擬 化與共享處理，包括音頻、視頻、輸入視頻解碼、存儲設備、USB 設備等。 本車載虛擬化操作系統能夠提供非常好的硬件資源共享的支持，包括數字儀表盤、車載 娛樂系統、后座娛樂系統。在車載領域，有較多的圖像處理的共享，攝像頭收集的各類圖像 需要及時的共享在不同的顯示終端，以及音頻資源等外設的共享，不同的顯示終端播放不同 的節目源。考慮到整體系統的安全問題，IVI 和 RSE 系統分別作為隔離的虛擬機運行。 4.1.2 系統虛擬化的應用 虛擬化技術經過很多年的飛速發展，市場中已出現了很多比較成熟的產品，從最早期的 服務器、桌面、工業、消費電子到現在的智能汽車等領域。比如說 Xen 是一款比較成熟的典 型的商業化產品應用，它基于 GPL 授權方式的開源虛擬機軟件。 人機交互（HMI：Human-Machine Interface Technologies）：該系統能夠實現人與車之間的 交互，車主可通過該系統把握車輛信息并對車輛實施控制。輸入端多樣交互方式+輸出端多屏 融合與個性化 UI 帶來全新交互體驗。 目前以按鈕與觸屏為主的輸入方式造成駕駛者注意力分散，智能駕駛人機交互實現觸摸、 語音控制、手勢控制等多樣化交互方式結合。智能駕駛人機交互綜合采用語音控制、手勢控 制等多樣化的技術手段，給予駕駛者更好的交互體驗[15]。智能駕駛人機交互通過中控屏幕、 液晶儀表和抬頭顯示多屏結合，以及個性化的用戶界面（UI）設計，為駕駛者提供清晰的信 息提示。 目前，汽車中控屏、儀表盤顯然已經不再拘泥于車輛基本數據顯示，逐漸朝向智能化、 數字化轉變，集成車輛狀態、路況信息、車載導航設置、汽車控制等多重功能，駕駛者面對 駕駛過程中需要處理的大量的信息。本系統主控顯示界面，撥打電話為最高優先等級，導航 界面撥打電話時，可以單獨增加通話窗口，不退出導航界面。這就要求系統軟件的操作系統， 通過虛擬化技術，可以輕松實現一屏多任務顯示。 智能駕駛人機交互采用大尺寸、高清車載顯示終端，并將中控屏幕、液晶儀表和 HUD 多屏結合，搭配個性化 UI 界面設計，實現信息分塊分類，整合并分析多個信息流，將需要的 信息以最佳方式呈現給駕駛員，帶來直覺化交互體驗。圖 4.3 描述了車載系統虛擬化的應用 情況。

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在本車載的虛擬化技術方案中，Hypervisor 直接跑在 A3900 芯片上，為 Service OS 創造 了第一個虛擬環境，然后啟動 Guest OS。Service OS 以系統最高優先級的虛擬機運行，以滿 足時間對敏感需求和系統服務質量的要求。Service OS 運行本地設備驅動程序來管理硬件， 把 I/O 設備支持單獨拿出來放在 OS 里是因為很多應用需要 I/O 資源的共享。Service OS 會支 持數字儀表盤，ADAS 的顯示功能做在 ADAS 的 VM 里，Android OS、中控系統和后座娛樂 系統都有單獨的虛擬機。

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總結

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