多核及虛擬化技術(shù)在工業(yè)和安全領(lǐng)域的應(yīng)用
在嵌入式市場，一些顛覆性的技術(shù)正在影響著發(fā)展趨勢，并且為設(shè)備制造商帶來前所未有的機(jī)遇，對其產(chǎn)品和業(yè)務(wù)模式產(chǎn)生方向性的變革，這就是多核和虛擬化技術(shù)。通過這些技術(shù)的應(yīng)用，可以顯著改善設(shè)備性能，并通過硬件集中化來降低成本，最終在整個產(chǎn)品生命周期內(nèi)取得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。
多核處理器日趨成熟，這就是機(jī)遇的開始。最新的Intel多核處理器不僅性能大幅提高，而且明顯改善了單個處理核的性能功耗比（Performance Per Watt）�；诙嗪颂幚砥鱽順�(gòu)建自己的產(chǎn)品，也提高了應(yīng)用的可伸縮性，為適應(yīng)更高的性能需求預(yù)留了空間，從而使設(shè)備在投資保護(hù)方面有更好的表現(xiàn)。Intel公司的雙核和四核處理器銷售量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過單核處理器，這個事實足以顯示多核應(yīng)用顯著增加的趨勢。
虛擬化技術(shù)是另一個重要的趨勢。借助于對底層處理器內(nèi)核、內(nèi)存和外設(shè)的抽象，這種技術(shù)使得多個虛擬機(jī)可以運(yùn)行在同一個物理板上。虛擬化提供了多操作系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，例如可以在同一個設(shè)備中同時運(yùn)行高實時性操作系統(tǒng)（例如Wind River VxWorks和通用的操作系統(tǒng)（比如Wind River Linux）。如圖1所示。
圖1 Intel-Wind River多核虛擬架構(gòu)
通過多核處理器和虛擬化提升了單個設(shè)備的性能，從而可以把原本需要多個設(shè)備分別運(yùn)行才能完成的任務(wù)合并到單個設(shè)備上，這就是集中化（Consolidation）。這樣一來，需要使用的硬件設(shè)備減少了，能源利用率提高了，不僅在整體上需要使用的物料減少了，而且也降低了系統(tǒng)整體運(yùn)行成本。
虛擬化是由Hypervisor來實現(xiàn)的。Hypervisor具有監(jiān)管功能，可以讓多個運(yùn)行環(huán)境相互獨(dú)立，由此提供了一種隔絕機(jī)制，讓每個應(yīng)用都運(yùn)行在獨(dú)立的環(huán)境中，從而提高系統(tǒng)的可靠性、防護(hù)性和安全性。
隨著新功能的增加以及新的政策法規(guī)的實行，與安全相關(guān)的系統(tǒng)架構(gòu)越來越復(fù)雜。越來越多的工業(yè)設(shè)備需要通過網(wǎng)絡(luò)與Internet等更大的系統(tǒng)相互聯(lián)系，從車間生產(chǎn)線到企業(yè)管理層之間的聯(lián)系也越來越密切。所有的設(shè)備都必須支持規(guī)模更大的應(yīng)用軟件，例如，必須支持多種多樣與不同級別安全性相關(guān)的通信協(xié)議棧。隨著系統(tǒng)復(fù)雜度的提高，政府法令也會提出更多的強(qiáng)制性要求、認(rèn)證方法和流程，以確保系統(tǒng)的安全可靠性。
多核和虛擬化技術(shù)的組合應(yīng)用可以幫助工業(yè)控制、過程自動化、能源和交通行業(yè)的設(shè)備制造商保護(hù)其在軟件開發(fā)方面的投資。這些技術(shù)讓同一個系統(tǒng)可以安全地同時運(yùn)行更多的應(yīng)用。因此，你可以在確保性能、安全性和可伸縮性的前提下，幾乎不需要做什么修改，就可以把原本運(yùn)行在不同設(shè)備上的多種應(yīng)用集中在一套系統(tǒng)中運(yùn)行。而這些應(yīng)用的管理也不會有太多的麻煩。
下面介紹風(fēng)河和英特爾如何合作推進(jìn)多核和虛擬化技術(shù)，幫助軟件開發(fā)人員采用新的方法來解決工業(yè)控制和安全性要求極高的問題。
覆蓋整個企業(yè)的工業(yè)控制解決方案
VxWorks、Wind River Linux和Wind River Hypervisor可以運(yùn)行在多種Intel處理器上，并且是由一個開放標(biāo)準(zhǔn)的工具鏈來支持，由此可顯著提高多核和多操作系統(tǒng)開發(fā)工作的效率。這種能力可以延伸到工業(yè)企業(yè)的所有層面，呈現(xiàn)出一種“自動化金字塔”的層次結(jié)構(gòu)（如圖2所示）。
圖2 自動化金字塔架構(gòu)
在企業(yè)層，也就是企業(yè)里面的最高層，通常運(yùn)行著多種混合應(yīng)用的服務(wù)器和工作站，其中可以包括協(xié)同性生產(chǎn)管理、財務(wù)和資產(chǎn)管理數(shù)據(jù)庫。Intel Xeon處理器可以提供高性能計算能力，確保企業(yè)業(yè)務(wù)的順暢高效。在這個層次上可以同時運(yùn)行大量的企業(yè)級應(yīng)用，由高達(dá)8個或更多內(nèi)核的處理器來支撐，而且通過大規(guī)模的片上高速緩存來減少上下文相關(guān)性切換，達(dá)到極高的并行計算速度。
