【咕咕送书 | 第六期】深入浅出阐述嵌入式虚拟机原理，实现“小而能”嵌入式虚拟机！

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引言

随着物联网设备的爆炸式增长和万物互联应用的快速发展，虚拟化技术在嵌入式系统上受到了业界越来越多的关注、重视和实际应用。嵌入式系统与虚拟化技术这个跨界创新组合应运而生，其典型的应用场景包括软件定义汽车驾驶舱、工业领域的工作负载整合等。

一、为什么嵌入式系统需要虚拟化技术？

虚拟化技术尤其是开源虚拟化技术，构成了云计算的基石，促进了云时代的蓬勃发展。而随着万物互联的物联网的指数级发展，虚拟化技术也开始在嵌入式领域得到广泛的应用。

能够促使嵌入式设备支持虚拟化技术的原因有如下几点：

• 第一、随着半导体技术的发展，摩尔定律推动硬件的性能提升，成本下降。今天的嵌入式SoC的性能甚至可能超过了昨天的服务器。

• 第二、无处不在的CPU多核技术的发展自然地能够支持多个系统。

• 第三、是不同业务的负载整合、数字化互联的需求。

• 第四、节约硬件成本考虑，减少硬件系统的互连，降低整体硬件系统的复杂度。

• 第五、系统需要重用已有的软件系统，降低移植工作量。还可以把多个 “异构” 的操作系统（实时系统和非实时系统、安全系统和非安全系统）整合在一套系统上。

本书由英特尔开源软件技术中心虚拟化项目组专家撰写。围绕嵌入式虚拟化技术的核心内容介绍了虚拟化基本原理，详细解读了Linux基金会开源嵌入式虚拟机ACRN技术的架构、原理和应用实现。
本书还特别披露和总结了虚拟化系统的实时性能调优方法和功能安全认证实践。读者可以从第一行代码实现一个x86平台上的“小身材、大能耐”的嵌入式虚拟机。

1.1 专家推荐

“本书作为英特尔开源软件技术中心的一部力作，尝试在内容和形式上大胆创新。内容上从剖析现有虚拟化技术解决方案及其在嵌入式领域所面临的挑战出发，掀开了嵌入式虚拟化创新解决方案的篇章；形式上不仅图文并茂，还增加了大量开源软件代码解析和应用案例。”

—— 英特尔亚太研发有限公司总经理

谢晓清 博士

“英特尔公司和Linux开源基金会合作的ACRN开源软件，是希望嵌入式虚拟化技术这门技术能够释放出硬件的计算力，激发出更多更酷的应用场景，并给用户带来最终价值。”

—— 英特尔中国软件生态部总经理

李映 博士

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二、本书适合谁？

嵌入式虚拟化技术是一门跨领域的交叉技术。其中虚拟化技术涉及操作系统、计算机体系结构等领域的知识，而嵌入式系统的设计和开发经验可以帮助更好理解该技术的特殊性。

2.1 本书定位

本书定位的读者是从事嵌入式领域开发的技术人员，或者任何想了解如何在嵌入式系统上实现虚拟机管理程序的专业人员。

嵌入式领域开发的技术人员介绍

• C/C++编程语言：嵌入式系统通常使用C/C++编程语言，开发人员需要熟练掌握其语法和特性。

• 汇编语言：嵌入式系统通常需要高效地访问硬件，因此开发人员需要了解汇编语言。

• 微控制器：嵌入式系统通常使用微控制器，开发人员需要了解微控制器的架构和特性。

• 电路设计：开发人员需要了解电路设计和原理图绘制，以便于嵌入式系统的硬件设计和调试。

• RTOS：嵌入式系统通常需要实时操作系统（RTOS）的支持，开发人员需要了解RTOS的原理和使用方法。

• 通讯协议：嵌入式系统通常需要和其他设备进行通讯，开发人员需要了解常用的通讯协议，如UART、SPI、I2C等。

虚拟机管理程序介绍

1. 虚拟机监控器（VMM）：也称为虚拟化层，是虚拟机管理程序的核心组件，负责虚拟机的创建、启动、停止和删除等操作。VMM还负责管理虚拟机的资源，如内存、CPU和磁盘等。

2. 管理控制台：提供一个图形化界面或命令行界面，用于管理员管理虚拟机和虚拟机管理程序的配置和监控。管理员可以从控制台中启动、停止、暂停和恢复虚拟机，也可以对虚拟机的资源进行配置和监控。

3. 虚拟机配置文件：虚拟机管理程序通常需要使用虚拟机配置文件来描述虚拟机的硬件配置和软件环境。虚拟机配置文件包括虚拟机的内存、CPU、磁盘和网络配置等信息。

4. 虚拟磁盘管理器：虚拟磁盘管理器负责管理虚拟机的磁盘映像文件，包括创建、删除、备份和恢复等操作。虚拟磁盘管理器还可以对虚拟机的磁盘进行扩展和压缩等操作。

5. 虚拟网络管理器：虚拟网络管理器负责管理虚拟机的网络配置，包括虚拟机的网卡配置、虚拟交换机配置和虚拟网络拓扑等信息。

三、内容简介

本书首先介绍虚拟化技术的基本原理，以及KVM在云服务器上实现。然后围绕虚拟化技术的核心内容，从CPU虚拟化、内存虚拟化、中断虚拟化和设备虚拟化这四个方面，重点介绍了开源嵌入式虚拟机ACRN的架构、原理和实现。另外，本书还特别总结了虚拟化系统的实时性能调优方法和功能安全认证实践。最后对嵌入式虚拟化技术的典型应用场景进行了举例分析。

本书作为嵌入式虚拟化技术入门参考书，通过对ACRN开源软件的介绍，帮助读者理解虚拟化技术架构，从而开始了解、学习、开发虚拟化软件，掌握嵌入式虚拟化技术并应用于工程实践。

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3.1 目录简介

第1章 虚拟化技术概述
第2章 虚拟化技术原理
第3章 主流开源虚拟化KVM——原理与实现
第4章 嵌入式虚拟化——ACRN实现
第5章 嵌入式虚拟化——ACRN设备虚拟化
第6章 嵌入式虚拟化——ACRN使用
第7章 嵌入式虚拟化——实时性能优化
第8章 嵌入式实时操作系统
第9章 嵌入式虚拟化赋能功能安全
第10章 应用案例——智能数控系统和数字孪生
第11章 应用案例——机器视觉和机器控制的负载整合
第12章 应用案例——自主移动机器人
第13章 应用案例——软件定义的驾驶舱

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3.2 权威作者团队

本书写作小组团队成员是来自英特尔亚太研发有限公司的技术专家们。他们在虚拟化领域、嵌入式领域、工业领域沉浸和工作多年，具有丰富的理论和实践经验。

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