实时响应的嵌入式系统虚拟化微内核架构

吴良顺; 应忍冬

doi:10.14016/j.cnki.1001-9227.2023.07.219

实时响应的嵌入式系统虚拟化微内核架构

Translated title of the contribution: Real-Time Microkernel Architecture for Embedded System Virtualization

吴良顺, 张斌, 应忍冬

Department of Computer Science

Research output: Journal Publications and Reviews › RGC 21 - Publication in refereed journal › peer-review

Abstract

嵌入式系統的虛擬化要求實時性要求高的任務運行在實時(Real Time)的來賓操作系統上，非實時性的任務運行在GPOS(General Purpose)的來賓操作系統。現有的半虛擬化(PV)方案，實時性較差，無法滿足嵌入式系統的要求。提出一個虛擬化微內核架構，在內存管理方面，設置三個內存特權級別，並啟用域訪問控制功能來禁止guest kernel的訪問；實行中斷虛擬化，提出虛擬GIC(vGIC)方案來控制中斷；設置共享內存區，通過VM/VMM共享來解決大量的Hyper-call造成的開銷問題；使用簡單而優化的異步通信方法來代替傳統的同步IPC模型來降低複雜度；在定時器方面，提出了一種高精度的定時器虛擬化方法來提高實時操作系統的可調度性；在調度器方面，採用基於優先級的搶占式循環策略。該架構可提高嵌入式系統在ARM處理器平臺虛擬化的實時性。

Translated title of the contribution	Real-Time Microkernel Architecture for Embedded System Virtualization
Original language	Chinese (Simplified)
Pages (from-to)	219-221, 239
Journal	自动化与仪器仪表
Volume	2023
Issue number	7 (总第 285 期)
DOIs	https://doi.org/10.14016/j.cnki.1001-9227.2023.07.219
Publication status	Published - Jul 2023

Research Keywords

embedded system
virtualization
micro-kernel
RTOS
memory management
IPC
嵌入式系统
虚拟化
微内核
内存管理

Access Output

10.14016/j.cnki.1001-9227.2023.07.219

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@article{2e1123b7bc3d4f469ada534fb804bdb3,

title = "实时响应的嵌入式系统虚拟化微内核架构",

abstract = "嵌入式系统的虚拟化要求实时性要求高的任务运行在实时(Real Time)的来宾操作系统上，非实时性的任务运行在GPOS(General Purpose)的来宾操作系统。现有的半虚拟化(PV)方案，实时性较差，无法满足嵌入式系统的要求。提出一个虚拟化微内核架构，在内存管理方面，设置三个内存特权级别，并启用域访问控制功能来禁止guest kernel的访问；实行中断虚拟化，提出虚拟GIC(vGIC)方案来控制中断；设置共享内存区，通过VM/VMM共享来解决大量的Hyper-call造成的开销问题；使用简单而优化的异步通信方法来代替传统的同步IPC模型来降低复杂度；在定时器方面，提出了一种高精度的定时器虚拟化方法来提高实时操作系统的可调度性；在调度器方面，采用基于优先级的抢占式循环策略。该架构可提高嵌入式系统在ARM处理器平台虚拟化的实时性。",

keywords = "embedded system, virtualization, micro-kernel, RTOS, memory management, IPC, 嵌入式系统, 虚拟化, 微内核, 内存管理, 嵌入式系統, 虛擬化, 微內核, 記憶體管理",

author = "吴良顺 and 张斌 and 应忍冬",

year = "2023",

month = jul,

doi = "10.14016/j.cnki.1001-9227.2023.07.219",

language = "繁体中文",

volume = "2023",

pages = "219--221, 239",

number = "7 (总第 285 期)",

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TY - JOUR

T1 - 实时响应的嵌入式系统虚拟化微内核架构

AU - 吴良顺,

AU - 张斌,

AU - 应忍冬,

PY - 2023/7

Y1 - 2023/7

N2 - 嵌入式系统的虚拟化要求实时性要求高的任务运行在实时(Real Time)的来宾操作系统上，非实时性的任务运行在GPOS(General Purpose)的来宾操作系统。现有的半虚拟化(PV)方案，实时性较差，无法满足嵌入式系统的要求。提出一个虚拟化微内核架构，在内存管理方面，设置三个内存特权级别，并启用域访问控制功能来禁止guest kernel的访问；实行中断虚拟化，提出虚拟GIC(vGIC)方案来控制中断；设置共享内存区，通过VM/VMM共享来解决大量的Hyper-call造成的开销问题；使用简单而优化的异步通信方法来代替传统的同步IPC模型来降低复杂度；在定时器方面，提出了一种高精度的定时器虚拟化方法来提高实时操作系统的可调度性；在调度器方面，采用基于优先级的抢占式循环策略。该架构可提高嵌入式系统在ARM处理器平台虚拟化的实时性。

AB - 嵌入式系统的虚拟化要求实时性要求高的任务运行在实时(Real Time)的来宾操作系统上，非实时性的任务运行在GPOS(General Purpose)的来宾操作系统。现有的半虚拟化(PV)方案，实时性较差，无法满足嵌入式系统的要求。提出一个虚拟化微内核架构，在内存管理方面，设置三个内存特权级别，并启用域访问控制功能来禁止guest kernel的访问；实行中断虚拟化，提出虚拟GIC(vGIC)方案来控制中断；设置共享内存区，通过VM/VMM共享来解决大量的Hyper-call造成的开销问题；使用简单而优化的异步通信方法来代替传统的同步IPC模型来降低复杂度；在定时器方面，提出了一种高精度的定时器虚拟化方法来提高实时操作系统的可调度性；在调度器方面，采用基于优先级的抢占式循环策略。该架构可提高嵌入式系统在ARM处理器平台虚拟化的实时性。

KW - embedded system

KW - virtualization

KW - micro-kernel

KW - RTOS

KW - memory management

KW - IPC

KW - 嵌入式系统

KW - 虚拟化

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KW - 内存管理

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KW - 微內核

KW - 記憶體管理

UR - https://tra.oversea.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?dbcode=CJFD&dbname=CJFDAUTO&filename=ZDYY202307050&uniplatform=OVERSEA&v=9RAMcTqgo-PkPfId2Bdu0IWbnH13QBDCNZMSActoscM2n3wo2Lkw49hhOQKKhonJ

U2 - 10.14016/j.cnki.1001-9227.2023.07.219

DO - 10.14016/j.cnki.1001-9227.2023.07.219

M3 - RGC 21 - Publication in refereed journal

SN - 1001-9227

VL - 2023

SP - 219-221, 239

JO - 自动化与仪器仪表

JF - 自动化与仪器仪表

IS - 7 (总第 285 期)

ER -

实时响应的嵌入式系统虚拟化微内核架构

Abstract

Research Keywords

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