[发明专利]两级嵌入式虚拟机管理程序架构及嵌入式系统

说明书

本发明实施例提供一种两级嵌入式虚拟机管理程序架构及嵌入式系统，属于嵌入式虚拟化技术。所述架构包括：第一级管理模块，运行在嵌入式系统的物理硬件之上，用于提供CPU、内存和设备虚拟化的分区机制，并向第二级管理模块提供虚拟机调度资源；第二级管理模块，运行在所述第一级管理模块之上，作为嵌入式系统的主虚拟机，用于利用所述第一级管理模块提供的虚拟机分区资源，实施CPU、内存和设备虚拟化的业务逻辑。本发明实施例适用于嵌入式虚拟机管理程序的设计过程。

技术领域

本发明涉及嵌入式虚拟化技术，具体地涉及一种两级嵌入式虚拟机管理程序架构及嵌入式系统。

背景技术

随着用户对物联网计算能力的要求不断提高，要更好地利用硬件资源就需要在同一个嵌入式平台上同时运行多个不同类型的操作系统(例如，Linux、Android等)，当前通常是通过嵌入式虚拟化技术来实现。当前的嵌入式虚拟化实现技术存在硬件分区、软件分区以及动态调度三种。

其中，硬件分区依赖于多个硬件实例来替代对相同的硬件单元的分时共享，并依赖于运行在专有处理器上的固件来操纵调度策略，但是由于其分区是固定的，无法动态分配硬件资源，因此资源利用率相对有限。

而软件分区的优缺点和硬件分区一样，分区之间的资源是独立的、相互隔离的，但是分区是固定的，导致系统资源利用率比较低。

动态调度则需要实现虚拟机管理程序，并对系统的硬件资源进行统一管理，将硬件资源抽象后提供给多个虚拟机(Virtual Machine，VM)共享，但是由于在实现复杂的资源调度策略的同时，还要保证VM之间的隔离性，所以现有的服务器级虚拟机管理程序架构复杂，并且代码尺寸过大，导致其代码规模和复杂度不可控，从而难以保证虚拟机管理程序的可靠性。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种两级嵌入式虚拟机管理程序架构及嵌入式系统，通过将嵌入式虚拟化管理程序分为两级，第一级直接在硬件上运行，其复杂度和代码规模受到严格控制，只在与硬件机制配合实现最基本的分区机制，不涉及虚拟化的业务逻辑，第二级作为虚拟机运行在第一级之上，不是系统的最底层软件，因此其复杂度和代码规模就不需要进行控制，可以实现复杂的虚拟化业务逻辑，从而提升了资源利用率。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种两级嵌入式虚拟机管理程序架构，包括：第一级管理模块，运行在嵌入式系统的物理硬件之上，用于提供CPU、内存和设备虚拟化的分区机制，并向第二级管理模块提供虚拟机分区资源；第二级管理模块，运行在所述第一级管理模块之上，作为嵌入式系统的主虚拟机，用于利用所述第一级管理模块提供的虚拟机分区资源，实施CPU、内存和设备虚拟化的业务逻辑。

进一步地，所述第一级管理模块运行在ARM 64位处理器之上。

进一步地，所述第一级管理模块运行在ARMv8-A的EL2模式下。

进一步地，所述第一级管理模块还用于提供初始化配置、所述第二级管理模块与次要虚拟机之间的VCPU(Virtual Central Processing Unit，虚拟中央处理器)上下文切换、处理所述嵌入式系统中的异常、异常指令以及敏感指令。

进一步地，所述初始化配置包括CPU初始化配置、内存初始化配置、低级中断服务例程初始化配置以及虚拟机物理内存分区初始化配置。

进一步地，所述异常包括外部中断、软中断、指令访存异常。

进一步地，所述异常指令包括未定义指令、软中断指令以及导致访存异常的指令。

进一步地，所述敏感指令包括改变PCPU(Physical Central Processing Unit，物理中央处理器)状态的指令。

进一步地，所述第二级管理模块运行在ARMv8-A的EL1模式下。