虚拟化

PowerVR虚拟化和Series8XT为汽车行业带来变革

作者:Gautham Kripalani

过去的几年里,虚拟化的概念——将软件从承载其的硬件中分离出来——已经为许多人所熟知。在本文中,我们将描述虚拟化是什么,看看它在PowerVR GPU中是如何工作的,并解释它是如何给各种市场(尤其是汽车行业)带来巨大的利益。

对于电脑来说,目前的虚拟化技术能够让一台计算机同时运行多个操作系统,例如,一个开发人员可以在Microsoft Windows主机上运行一个Linux“访客”操作系统,而对于企业而言,它通常用来整合工作负载以减少CapEx和OpEx。在嵌入式平台上,虚拟化技术的主要目的则是在降低成本的同时通过分离确保安全性。

当涉及到GPU时,虚拟化提供了支持多个操作系统同时运行的能力,每个操作系统都能够将图形工作负载提交给底层的图形硬件实体。这在汽车领域变得越来越重要。例如,通过将一些要求严格的系统比如ADAS(高级驾驶辅助系统)和数字化显示面板分别放在完全独立域内以保证他们安全独立的运行。

为了打破它,虚拟化GPU需要执行如下操作:

• 管理程序(Hypervisor):这基本上是为访客操作系统提供共享虚拟硬件平台(在本例中为GPU硬件)并管理客户操作系统托管的软件实体。

什么是GPU虚拟化?

从概念上讲,虚拟化是指可让一台设备拥有一个或多个虚拟机(VM)主机的功能,而且每个虚拟机就像是独立运作的机器,拥有自己的操作系统(OS),但所有的操作都是在相同的底层硬件设备上执行。对GPU来说,这意味着此功能可支持多个同时执行的操作系统,其中每个操作系统都能把图形工作负载提交给单一的图形处理硬件单元来处理。

现在,GPU虚拟化已成为各种下一代应用的必备功能,从汽车(自动驾驶)、消费电子,到物联网(IoT)。具有硬件虚拟化功能的GPU可在各个应用程序/OS之间提供安全隔离,以提升安全性,并将底层GPU硬件的利用率最大化。

从Series 6XT开始,Imagination的PowerVR GPU便支持硬件虚拟化,并在Series 8XT系列中进一步增强了这一功能。

在本文中,我们将首先讨论虚拟化的基本概念,然后介绍PowerVR GPU硬件虚拟化解决方案的细节,特别是与(自动驾驶)汽车市场高度相关的独特性能。我们还将以几个例子来说明此技术的强大功能。

【视频】全硬件虚拟化:PowerVR GPU的OS隔离展示

本视频展示了一个采用PowerVR Series6XTGPU的参考平台。这里有两个应用程序,是从两个OS提交来的:关键OS运行仪表板应用程序,和非关键OS执行导航应用程序。

非关键性OS应用程序若发生当机,会造成内核错误及访客机OS的重新启动。因为GPU的虚拟化特性,这不会影响关键OS执行的关键应用程序─它会没有中断地继续运行。此外,一旦访客机OS重启完成,它又能再度无缝地提交任务给GPU。


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技术文章:PowerVR虚拟化和Series8XT为汽车行业带来变革

什么是GPU虚拟化?

从概念上讲,虚拟化是指可让一台设备拥有一个或多个虚拟机(VM)主机的功能,而且每个虚拟机就像是独立运作的机器,拥有自己的操作系统(OS),但所有的操作都是在相同的底层硬件设备上执行。对GPU来说,这意味着此功能可支持多个同时执行的操作系统,其中每个操作系统都能把图形工作负载提交给单一的图形处理硬件单元来处理。

详阅请点击下载白皮书《PowerVR虚拟化:汽车GPU的关键特性(英文版)》

详阅请点击下载白皮书《PowerVR虚拟化:汽车GPU的关键特性(中文版)》

MIPS架构和虚拟化

本世纪之交,计算机业界人士开展了一场精彩的辩论:假如高通量应用程序的性能大幅提升,多线程和虚拟化将如何成为桌面PC和服务器的下一个重大突破。他们称,这是历史的重演。

十年以后,这两个概念发生了戏剧性的逆转。这一次的辩论则与之前不同:我们不再谈论服务器的性能,而是专注于下一代嵌入式设备和物联网节点。会话内容也发生了变化:我们以更智能的方式使用多线程来提高功率和面积效率,同时虚拟化又为整个系统的安全奠定了基础。

但这两个概念并不新鲜:多线程计算机架构自20世纪50年代以来就已出现,而虚拟化早在20世纪70年代末就已获得“年度最具发展前景的技术”殊荣。

但是,这两个概念对于未来连接运算的发展都至关重要,尤其是物联网未来的发展。最新预测的物联网市场将涵括数十亿连接设备,包括智能传感器、网关、中间节点或数据中心。

上述的每一类产品都可受益于多线程和虚拟化。本文我将对虚拟化的概念进行阐述,随后再介绍虚拟化系统的硬件和软件架构。最后,我将简要描述MIPS CPU对虚拟化的支持程度。

虚拟化概念简述

简单来讲,虚拟化可以使物理设备显示为一个或多个虚拟设备。可以在处理器级别(如CPU或GPU)或系统级别(如SoC)实现虚拟化。

MIPS内核来袭 实现Microchip虚拟化

Microchip公司最新的32位微控制器PIC32MZ,是MIPS M5150 CPU的早期雏形。这被Imagination公司称作是Warrior M-class处理器,据说只有微控制器级CPU才具有完全硬件虚拟化的特性。

  这意味着它能在单一的物理处理器系统上运行多个操作系统和应用。

  据Imagination的消息,MIPS M5150 CPU能平行地在七个用户操作系统上运行,且互不干扰。

  该内核基于现有的microAptive核,并具有硬件虚拟化、一个浮点单元和防篡改这三个新增功能。

  MIPS业务拓展经理Ian Anderton表示:其性能达到了1.57Dmips/MHz和3.44CoreMark/MHz,并强调应在压缩码中运行,而非为了提高基准性能,使用内联化的扩展代码。

  Anderton表示:“虚拟化允许内核在多个操作系统运行,通过时间片内核实现知识的相互传输。鉴于此,实现完全硬件虚拟化。所以操作系统可以在“无软件修改请求”的条件下运行。操作系统、应用、核心程序、调度器和监控器等七个“客户”之间任意混合也能顺利运行。”

  如果一个操作系统崩溃了,其余的操作系统将不受影响。这允许Linux用户界面在控制软件附近运行,但不会危及其控制功能。虚拟化也能防止黑客通过一个应用袭击其它应用。

什么是虚拟化技术,虚拟化主要分几种?

虚拟化是资源的一种逻辑表示,并不会受限于物理资源,运行的环境不在真实的硬件上,而是硬件之上的虚拟内存中的一段,或者说是虚拟的环境中。

什么是虚拟化?

这里简单归纳一下我的理解:

1. 虚拟化是资源的一种逻辑表示,并不会受限于物理资源。
2. 运行的环境不在真实的硬件上,而是硬件之上的虚拟内存中的一段,或者说是虚拟的环境中。
3. 虚拟化为数据、计算能力、存储资源等提供了一个逻辑视图,而不是物理视图。
4. 虚拟化的发展,大幅降低了IT硬件成本,减少了资源的浪费,并且提升了系统的稳定性和安全性。

全虚拟化

全虚拟化(Full Virtualization)也称为原始虚拟化技术,该模型使用虚拟机协调Guest操作系统和原始硬件,VMM在Guest操作系统和裸硬件之间用于工作协调,一些受保护指令必须由Hypervisor(虚拟机管理程序)来捕获处理。 全虚拟化的运行速度要快于硬件模拟,但是性能方面不如裸机,因为Hypervisor需要占用一些资源。

GPU虚拟化是什么?

目前虚拟机系统中的图形处理方式有三种:一种是采用虚拟显卡的方式,另一种是直接采用物理显卡,最后是采用GPU虚拟化。

显卡虚拟化(GPU虚拟化)就是将显卡进行切片,并将这些显卡时间片分配给虚拟机使用的过程。由于支持显卡虚拟化的显卡一般可以根据需要切分成不同的规格的时间片,因此可以分配给多台虚拟机使用。其实现原理其实就是利用应用层接口虚拟化(API remoting),API重定向是指在应用层进行拦截与GPU相关的应用程序编程接口(Application ProgrammingInterface,API),通过重定向(仍然使用GPU)的方式完成相应功能,再将执行结果返回应用程序。

在Imagination Technologies硅谷峰会上,涉及虚拟化、安全和prpl基金会的一系列演示和讨论。

Imperas作为prpl基金会虚拟化和安全PEG的创始成员,正在努力提供解决方案,帮助电子产品开发商消除与嵌入式软件开发相关的风险。


前往优酷观看: http://v.youku.com/v_show/id_XMjUxMTQyODIwNA==.html

Using Virtualization to Implement a Scalable Trusted Execution Environment in Secure SoCs

The primary purpose of this paper is to describe key features of MIPS Technologies’ Virtualization solution, an optional module that is incorporated in the MIPS32 and MIPS64 architectures. In the course of the discussion, it will be made evident how a MIPS virtualization-compliant processor differentiates itself from existing solutions while retaining the simplicity, flexibility and completeness of the baseline MIPS architecture.

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