软件愈加多样性对嵌入式系统的影响

摘要

随着嵌入式系统软件多样性的增加，单一操作系统实例已无法满足多应用程序运行的需求，主要挑战包括资源冲突、安全性与功能安全隔离、性能复杂性等。为解决这些问题，嵌入式系统领域开始采用异构分布式系统架构，将系统划分为多个操作系统实例，每个实例可针对特定应用优化。分区技术分为弱分区（如Unix进程）和强分区（如Type 1 hypervisor），其中强分区通过硬件虚拟化实现更严格的隔离。分区的主要动机包括混合关键性系统、故障隔离、操作系统优势利用、特权分离、资源调配等。分区技术还可实现水平或垂直部署与扩展，形成“集成平台”，便于管理和重用。分布式系统通过共享内存或hypervisor实现分区间通信，其中基于超级调用的通信更安全，支持跨分区资源利用。商业多核芯片采用“安全岛”和“实时岛”概念，通过硬件或软件分区实现专用执行环境，Type 1 hypervisor更适合安全与实时要求。结论认为，基于Type 1 hypervisor的异构分布式系统架构在架构灵活性、操作灵活性、成本效益方面优于单一操作系统方案，尤其适用于混合关键性系统，并建议选择具备硬实时支持、安全认证、设备兼容性、强分区等特性的Type 1 hypervisor。