汽车ECU的虚拟化技术初探(二)

目录

1.概述

2.U2A虚拟化方案概述

3.U2A的虚拟化功能概述

4.虚拟化辅助功能的使能

5.留坑

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1.概述

        在汽车ECU的虚拟化技术初探(一)-CSDN博客里，我们聊到虚拟化技术比较关键的就是vECU的虚拟地址翻译问题，例如Cortex-A77就使用MMU来进行虚实地址的转换；实际上，在汽车MCU中，还很少看到带MMU硬件的芯片，那么是否他们就不能使用虚拟化技术呢？

        为此，我查阅了目前来说应该是有虚拟化方案支持的量产芯片RH850 U2A的datasheet，现抛砖引玉，希望大家共同探讨这项变革汽车域控的技术。

2.U2A虚拟化方案概述

        废话不多说，首先来看U2A的整体资源，该芯片有4个采用双核锁步的 400 MHz  CPU 。 每个CPU都集成了基于硬件的虚拟化辅助功能，允许满足不同 ISO26262 功能安全级别的多种软件系统在高性能模式下独立运行且不受干扰。 此外，还可减少虚拟化占用的资源，以保障实时执行。 这使用户能够将多个 ECU 功能集成到单个 ECU 中，同时保持功能安全、信息安全以及实时操作要求。

        U2B在U2A的基础上新增了QoS、FXU，扩容了Flash以满足未来架构的需求，同时成本仍旧低于与SOC相比。 由于没有看到U2B的片子，这里还是从U2A分析。

        光有硬件虚拟化辅助其实不够，还需要hypervisor软件，因此瑞萨和ETAS进行合作，瑞萨搞硬件，ETAS干软件，结合了U2A 硬件 （HW） 关键功能（例如虚拟化管理程序、QoS服务质量、功能安全和网络安全等）以及ETAS出色的软件产品组合和软件能力，提供软件优先的解决方案，可将多个应用程序集成到单个 ECU 中，从而以安全可靠的方式彼此分离，最大程度地确保相互之间不受干扰。其产品示例架构如下：

        可以看到，在上述产品示例中，仍旧采用了之前讨论的 硬件type1虚拟化方案，其hypervisor软件叫做RTA-HVR；

        它总共分成了4个大的Partition：A、B、C、D

• Partition A：在1个物理CPU里运行单个VM(虚拟机)，即VM A；
• Partition B：在2个物理CPU里运行多个VM，VMB 0，VM B1；
• Partition C\D：2个单个VM共享 1个物理CPU。

        在上述VM之上，运行着不同的Guest SW，即不同的vECU，实现不同功能聚合到一个MCU上。

        我们这里首先来看看，U2A为虚拟化提供了哪些硬件辅助功能。

3.U2A的虚拟化功能概述

        在U2A中，瑞萨使用的是自研内核G4MH2来支持虚拟化功能。当使用虚拟化功能时，瑞萨称这个系统为虚拟系统，没有使用叫做常规系统。如下：

       在常规系统中，OS几乎可以使用CPU的所有功能；而在虚拟系统中，OS仅能使用由虚拟软件管理下的VM分配的资源，虽然运行在VM上的软件以为它在独享整个CPU的资源，但实际上从CPU视角，有可能它只用了很少一部分资源。这样的好处就是即使运行在VM上的软件出现了风险，也不至于导致整个硬件系统的崩溃。换句话说，就是不用硬件去Reset整个系统，只需要重启VM，把风险控到最低。

        Ps:该种虚拟化也叫作半虚拟化，详见全虚拟化与半虚拟化-阿里云开发者社区

4.虚拟化辅助功能的使能

      U2A的CPU G4MH2，在原来运行模式(Supervisor mode和User Mode)的基础上新增了两种模式，叫做Host Mode和Guest Mode；当CPU使能虚拟化辅助功能后，可以使用上述两种模式作为新的CPU运行模式。这几种模式对应不同特权，它们关系如下：

•  Hypervisor privilege(HV)：构建、管理VM和CPU资源的模式，仅在虚拟化辅助功能开启且进入Host Mode，CPU可使用HV特权；主要是给虚拟化软件使用。
• Supervisor Privilege(SV)：异常、重要系统资源分配、致命错误处理等需要在此特权等级下处理，在常规模式和虚拟模式下均支持，例如在虚拟系统里运行在VM上APP出现了异常，此时需从UM进到SM，使用SV对该异常进行处理。

        上面两个是个人认为比较关键的，此外还有User Mode Authority、 协处理器使用权限，这里还没有研究到，后面再谈。

5.留坑

1. U2A整体架构分析
2. U2A 硬件硬件虚拟化辅助功能详解
3. 两个使用相同芯片的vECU集成到U2A时，二者链接文件一样（即Code、Data均放在原MCU相同位置），U2A如何保证在不修改原工程的情况完成Flash的地址隔离（即vECU A使用相同地址，但在VMM翻译地址时映射到物理BankA；vECU B同理）