ACRN项目简介及ACRN技术开发的方向和定位

2018年6月21-22日，由布谷鸟科技、佐智汽车主办，艾拉比智能、ADI亚德诺半导体、索喜科技赞助支持的“2018第二届智能座舱与智能驾驶峰会”在深圳福田区绿景锦江酒店举办。英特尔开源研发中心的James Wu在会上做了《小身材大能耐A Big Little Hypervisor for Software Defined Cockpit》的主题演讲。

英特尔开源研发中心 James Wu

James Wu：今天我介绍的是全新开源软件项目“ACRN”，是为IOT和汽车量身订作的虚拟化软件项目，也是业界第一个开源的软件项目。

我将从四个方面进行介绍：

项目介绍

整体架构

开源模式

合作伙伴

今天上午多位嘉宾有非常精彩的演讲，特别是胡博士讲了车载领域融合的趋势，SOC的计算能力和应用的快速增长，带来了将多种应用融合在一起的问题。胡博士提到的硬件融合中，虚拟化技术很关键。

虚拟化并不新鲜，从90年代开始，在服务器、数据中心、台式机应用方面就已出现虚拟化。在开源的软件里，有KVM这样的项目正在开展，从商业层面来讲，在这个领域中有许多出色的公司。

来源：英特尔

虚拟化经过十几年的发展，目前已比较成熟，但在嵌入式车载或者IOT领域，虚拟化却遇到一些挑战。这些挑战我归纳总结为三个方面：

多种操作系统的支持。在数据中心或者云端，操作系统的支持相对比较简单，但在嵌入式方面，操作系统包括各种软件方案的支持，却是非常多样性的。

硬件资源共享的支持。在云端，传统的虚拟化所需要处理的共享主要是CPU、内存和存储，最多的是网络。车载领域我们看到有图象处理的共享，它与摄像头相关，以及音频资源的外设共享，还包括很多安全性硬件支持的共享，这是在云端想象不到的共享要求。

安全域和非安全域的融合。功能安全要求在某些应用场景里非常重要，包括一些实质性的要求，以及计算能力和处理能力的要求。而操作系统如何在同一个虚拟化的平台上完成这些不同的要求，是全新的挑战。

来源：英特尔

目前虚拟化发展的现状是，在数据中心虚拟化方面已经有了很多年的积累，不管是开源方案或是商业方案都有很多成熟的案例。但最要紧的问题是代码量非常巨大，例如KVM作为一个虚拟化方案必须依附于Linux，但却占据了Linux非常巨大的代码量。功能安全认证，从现实性和可靠性上讲都有很大的问题。

对嵌入式开发的工程师来讲，基于数据中心的虚拟化方案，的确有很多不便，因为它必须要兼顾到数据中心的应用场景，而对嵌入式场景基本没有太多的考虑。嵌入式和车载应用有很多先行者，比如QNX这样业界领先的商业虚拟化方案公司，但我们始终没有看到一个专门的开源方案。开源和闭源并不矛盾，我们希望看到合作。ACRN作为开源虚拟化方案的项目，它并不是定位在一个产品化的方案上。

ACRN项目简介

ACRN希望能提供比较成熟、稳定的基础虚拟化技术开源方案，也希望得到合作伙伴的支持，能够在真正的产品化项目中落地。那么开源有什么好处？我总结了三个优势：

开源降低开发成本。众人拾柴火焰高，集合大家的力量能降低开发成本，特别是在基础性功能方面。

开源提供合作平台。特别是在硬件厂商和方案商之间，寻求携手开发的平台，这是非常重要的。如果没有一个开源平台，芯片厂商比如英特尔，很多内部的技术资料不方便对外公开，包括芯片性能、调试方法等，商业方案厂商很难取得这些内部技术资料；同样芯片厂商也很难拿到商业方案厂商的源代码。因此很难在一个共同的平台上做到硬件支持的快速开发。所以ACRN平台提供了硬件支持，能快速加入到虚拟化平台里。

通过开源平台鼓励创新。汽车行业是快速发展的行业，进入一个新的时代后，很多应用场景可能是芯片厂商在当下想象不到的。而有了开源平台，大家可以非常方便的试用，进行尝试，做很多POC（概念验证）的工作，同时也方便芯片厂商了解新需求和行业发展方向，促进新应用场景的产生。这对芯片厂商、虚拟化方案商、一级供应商，乃至整个市场都是有利的。

ACRN是今年3月在北美的嵌入式大会上正式宣布的，英特尔希望它是真正开源且完全中立的项目。尽管ACRN由英特尔贡献，但它是属于Linux基金会的项目，并由Linux基金会管理。虽然当前ACRN还在非常早期的阶段，但是我们希望能有更多的厂商在早期介入，以产生更大的影响力。

来源：英特尔

ACRN技术开发的方向和定位

首先ACRN是为嵌入式和车载应用量身定制的虚拟化方案，追求灵活性、轻量级，我们对代码量有严格控制，差不多控制在25K，25000行代码左右。代码量小，在做实时性、稳定性和功能安全的认证时就会比较方便。ACRN从设计开始就考虑了功能安全的要求和实时性要求，在开源社区里我们也在推动符合功能安全认证的开发模式，我们会公开所有设计文档，并寻求开发模式中每行代码的可追溯性。为了优化嵌入开发，无论是开发平台的选择还是整个设计的平衡都是偏向嵌入式和IOT开发。

其次是实时性，我们在设计之初就有考虑硬件终端的实时性，包括快速启动，我相信这在车载领域非常重要。另外我们在I/O方面也有很多的考虑，因为这和云端不一样，在嵌入端I/O是多种多样的，我们采用业界标准的方式。为了实现小身材，我们把I/O的设计放在一个Service OS的概念里，它可以支持多种OS。KVM一般支持基于Linux的OS，而ACRN即可以支持Linux、Android作为它的客户端OS也可以支持Vxworks, windows等非Linux的OS。今年下半年到明年，我们就会加入对Windows的支持，ACRN将来是可以支持多种OS和多种接口的，因为它的运行模式是中立的模式。

ACRN是针对车载的技术方案。它直接跑在芯片上，有Service OS的概念，这个概念是为了把I/O设备支持单独拿出来放在OS里，现在开源的Service OS是基于Linux的。在车载领域有很多I/O资源的共享，下图是具体落实下来后可能的架构。

来源：英特尔

Service OS会把仪表盘做在里面，ADAS的显示功能做在ADAS的VM里，Android、中控和后台都有单独的虚拟机。从I/O的延迟来讲，实时性能不是最好，因为I/O访问要经过Service OS。

来源：英特尔

针对一些实时应用我们有另外一套架构，这套架构是没有Service OS的，而没有Service OS，I/O共享就受限制。I/O共享和实时性存在一定的矛盾，所以在这个架构里，我们并没有太多I/O共享，而是把I/O做分割，有些I/O资源属于其中一个OS，有些属于另外一个OS。

ACRN项目现状

来源：英特尔

ACRN是2018年3月份在嵌入式Linux北美大会上正式宣布，目前已经在GitHub上开源，英特尔也参与了该项目，但英特尔是直接在上面做开发，没有分内部和外部，外部的代码就是内部使用的代码，一模一样。

可以购买到的两个硬件平台是NUC和UP2，欢迎大家贡献更多的平台支持，我们和ARM也在讨论，希望他们加入到项目中提供ARM平台支持，当然英特尔也会提供自己的平台。我们最终的目标是全部的设计文档都放到开源社区，大家可以共享。

目前开源方面已经有了很多支持，我们集成了基于Linux的Service OS，可以使用Android或者Linux，拿到代码就可以在上面跑起来。目前对I/O的支持，包括网络、存储、I/O的共享支持都已实现，下一步还会把图形处理、对音频的支持也加在里面。我们每周都会有一次技术会议、电话会议，开放给所有的社区参与者，主要是介绍它的设计、讨论技术方案等。

ACRN项目完全是由英特尔中国来做，从架构设计到整个管理团队，工程师都是在上海和北京，这也是为了给国内的合作伙伴创造更好的合作机会。6月14日我们在上海举行了第一次社区见面会，有差不多40位非英特尔的合作伙伴和60多位英特尔的工程师参与。今年10月份在爱丁堡Linux的大会上还有一个beta版会宣布，我相信到时会有更多的功能加入进来。

来源：英特尔

关于管理方式原则

刚才提到ACRN项目是中立的开源项目，和Google的Android不一样，不会按照Google的套路走。ACRN是完全开放、完全透明的，开发完全在社区里进行，不隐藏任何东西，我们希望其他公司参与进来。英特尔中国团队在2003年就参与了KVM，我们希望采用KVM这样的开发模式。另外为了方便商业方案提供商，软件授权是非常宽松的，是BSD的，所以它并不强行要求你把代码贡献回来，但是我们希望合作伙伴能够把技术代码给贡献回来，当然你也可以有所保留。

来源：英特尔

我们希望有更多的业界合作伙伴加入之后建立Linux Foundation的结构，并不希望某个公司超过50%。投票权是基于大家在社区的代码贡献而定，这是整个项目的运行模式。

再一次的欢迎大家加入这个新的项目，特别是在车载领域，我相信融合是一个大趋势，但融合会遇到一些挑战，而我们希望通过开源项目能够降低门槛和成本，同时激发更多的创新。

提问环节

提问：我有两个问题请教，第一，我们知道英特尔在虚拟化技术方面是很擅长的，有很多在硬件上的技术，如果我们用Hypervisor，不是英特尔的硬件，是不是能够充分发挥它在虚拟化方面的优势？另外后续你们会不会基于其他的硬件进行研发？

第二，因为Hypervisor在汽车领域比较新，大家不是特别担心它能否实现，而是更担心它能否产品化，我想请问，您对开源的Hypervisor是否能产品化有什么看法？

James Wu：非常好的问题，我先回答第二个问题，因为产品化有一定的难度，所以我们才来做开源，希望能降低整个业界关于融合和Hypervisor虚拟化的门槛。英特尔内部投了很多资源在上面，我们有很多工程师在上面做开发，同时希望业界能加入进来，降低整个门槛。

我们看到服务器领域、数据中心领域刚开始做虚拟化的时候也是有比较高的门槛，但因为KVM等一些开源项目，到现在已经不再是很困难的事情了。同时这并没有消除商业化方案的空间，很多强大的公司会提供他们的增值领域，我觉得产品化就是ACRN项目的出发点。我们做的时候非常注重产品化，并且有更多的测试用例、测试控制会加入到项目中，也希望大家能贡献各自的力量，一起把这个事情做好。

关于硬件平台，ACRN是中立的，对于英特尔来说，我们的工程师不太可能直接开发针对ARM的支持，但是我们正在和ARM谈，对于ACRN团队来说，我们非常愿意看到ARM以及其他的厂商加入进来。

从设计的角度来看，我们一开始就会考虑到对ARM平台支持。不让ARM平台加进来，这不现实。从芯片功能的角度来看，英特尔以前一直做数据中心和云，虚拟化功能在芯片里面比较强大，同时ARM不断努力，也要进云端，包括AMD很多芯片厂商都有类似的技术。我相信虚拟化平台将来肯定会落在每个架构上，英特尔愿意成为社区的成员，把这个饼做大，把融合的事情做大，这是英特尔的出发点。