芯耀
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2022年第一件汽車(chē)行業(yè)并購(gòu)就是安波福43億美元收購(gòu)了嵌入式RTOS專(zhuān)家風(fēng)河，風(fēng)河公司(Wind River System)是一家專(zhuān)業(yè)從事嵌入式OS、軟件開(kāi)發(fā)工具、解決方案平臺(tái)及服務(wù)的軟件公司，由Jerry Fiddle和DavidWilner于1981年在美國(guó)加州創(chuàng)立。VxWorks是風(fēng)河公司推出的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)（RTOS）。
過(guò)去40年間，風(fēng)河和VxWorks在嵌入式OS領(lǐng)域一直處于領(lǐng)先地位，在航空航天、通信、工業(yè)控制等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，在業(yè)內(nèi)被稱(chēng)為嵌入式OS的常青樹(shù)。
現(xiàn)在風(fēng)河產(chǎn)品包含2個(gè)嵌入式OS平臺(tái)：Linux和VxWorks，基于Eclips支持這兩個(gè)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)工具Workbench、On-ChipDebugging工具產(chǎn)品（即JTAG仿真器）、測(cè)試管理工具和工程服務(wù)。 VxWorks是由支持多核、32/64位嵌入式處理器、內(nèi)存包含和內(nèi)存管理的VxWorks 6.x和VxWorks5.x，Workbench開(kāi)發(fā)工具（包括多種C/C++編譯器和調(diào)試器），連接組件（USB、IPv4/v6、多種文件系統(tǒng)等），先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和圖像多媒體等模塊組成。除了通用平臺(tái)外，VxWorks還包括支持工業(yè)、網(wǎng)絡(luò)、醫(yī)療和消費(fèi)電子等的特定平臺(tái)產(chǎn)品。
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風(fēng)河成立于1981年，2021年收入大約4億美元，毛利率超過(guò)80%。1987年風(fēng)河基于VRTX推出VxWorks，1993年IPO上市，1995年VxWorks在NASA Clementine月球探測(cè)器上，發(fā)射入太空。1997年NASA火星探險(xiǎn)者號(hào)飛船的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，登陸火星。1999年風(fēng)河收購(gòu)一個(gè)主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，pSOS的發(fā)明者，一家集成系統(tǒng)公司。從那以后風(fēng)河公司不再支持pSOS產(chǎn)品線，并推薦現(xiàn)存的pSOS客戶(hù)轉(zhuǎn)向VxWorks。2004年針對(duì)網(wǎng)絡(luò)和通信市場(chǎng)，推出便攜的Linux平臺(tái)，正式進(jìn)軍嵌入式Linux市場(chǎng)。NASA的火星探測(cè)車(chē)（勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)）采用VxWorks。2009年英特爾以8.84億美元收購(gòu)風(fēng)河，2018年4月英特爾出售風(fēng)河給投資公司TPG。
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風(fēng)河是全球第一大嵌入式RTOS廠家，也是全球第一大嵌入式Linux廠家，硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)長(zhǎng)達(dá)30年的霸主，市場(chǎng)占有率超30%，主要收入來(lái)自4個(gè)領(lǐng)域，分別是宇航與國(guó)防、工業(yè)與醫(yī)療、電信以及汽車(chē)。宇航與國(guó)防所占比例最高，約45%，各種飛船或者說(shuō)航天飛行器基本都是風(fēng)河VxWorks的市場(chǎng)，自然也包括馬斯克的SpaceX。中國(guó)神舟系列的SpaceOS也有借鑒VxWorks653（653是產(chǎn)品名，并非版本號(hào)）。除了航天飛行器，AH-64阿帕奇武裝直升機(jī)、F-16V（全球空軍主力機(jī)型）、F-18大黃蜂，B-2戰(zhàn)略轟炸機(jī)，X-47A，波音787都是VxWorks。這個(gè)領(lǐng)域風(fēng)河有個(gè)強(qiáng)勁的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手Green Hills，美國(guó)的F-22猛禽、F-35、B-52轟炸機(jī)、B-1B轟炸機(jī)、C-17運(yùn)輸機(jī)和F-16改進(jìn)型，以及歐洲的A-400M運(yùn)輸機(jī)，X-47B無(wú)人機(jī)（單價(jià)4億美元，比荷蘭ASML公司的光刻機(jī)貴多了）。還有民航空客的A380。還有很多防空導(dǎo)彈如愛(ài)國(guó)者。
這些領(lǐng)域的特點(diǎn)是硬件運(yùn)算資源非常弱，與今天的臺(tái)式機(jī)比差距有20-30年，航天器的CPU一般都很弱，最多的是SPARC（可擴(kuò)充處理器架構(gòu)），然后還有PPC/MIPS的，這是因?yàn)樘罩杏休椛?，?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E6%8A%97%E5%B9%B2%E6%89%B0/">抗干擾。主頻一般是10MHz～100MHz，但對(duì)可靠性要求極高，實(shí)時(shí)性要求更高，絕對(duì)硬實(shí)時(shí)，延遲要求是納秒級(jí)。VxWorks是確定性的、基于優(yōu)先級(jí)的搶占式RTOS，具有低延遲和最小抖動(dòng)。
硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的時(shí)間約束是硬性的，指系統(tǒng)必須滿足的時(shí)間約束。硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的約束使用確定性表達(dá)方式，比如傳感器信號(hào)必須在10微秒內(nèi)更新，計(jì)算必須在20微秒內(nèi)完成等。錯(cuò)過(guò)截至?xí)r間，任務(wù)將變得沒(méi)有價(jià)值。硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的本質(zhì)訴求是可預(yù)測(cè)性(deterministic)：實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在時(shí)序要求上必須可預(yù)測(cè)。如：一個(gè)特定的任務(wù)是否能在給定的截止期內(nèi)完成。需要計(jì)算的因素包括：系統(tǒng)負(fù)載、處理器的計(jì)算能力、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持、進(jìn)程和線程優(yōu)先級(jí)、調(diào)度算法、通信基礎(chǔ)設(shè)施等。類(lèi)似的概念為確定性，指確保應(yīng)用的執(zhí)行不被外界不可預(yù)知的時(shí)間干擾而導(dǎo)致不可預(yù)測(cè)的能力。同時(shí)，確定性是以犧牲效率為代價(jià)換來(lái)的！順便說(shuō)一句，機(jī)器學(xué)習(xí)最大的缺點(diǎn)就是不具備可預(yù)測(cè)性(deterministic)。
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業(yè)內(nèi)一般認(rèn)為VxWorks是一種微內(nèi)核架構(gòu)，但風(fēng)河自己認(rèn)為是介于宏內(nèi)核與微內(nèi)核之間。
VxWorks架構(gòu)
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VxWorks與QNX的區(qū)別是什么呢？VxWorks有點(diǎn)像宏內(nèi)核，但體積比QNX還小，只有8kB。VxWorks 7以前只提供系統(tǒng)服務(wù)，使用統(tǒng)一地址空間方式，沒(méi)有用戶(hù)服務(wù)。7之后區(qū)分kernel space和user space，只是user space和kernel space一致，看起來(lái)像是Linux那樣的monolithic kernel。QNX是只有kernel服務(wù)運(yùn)行在 kernel mode下，其他邏輯運(yùn)行在user mode下。QNX是基于信息傳遞的操作系統(tǒng)，VxWorks是基于內(nèi)存的操作系統(tǒng)；QNX是基于線程劃撥調(diào)度的，VxWorks是基于輪詢(xún)調(diào)度的；QNX是針對(duì)算力比較強(qiáng)的系統(tǒng)，VxWorks是偏向于單獨(dú)MCU或MCU島應(yīng)用的小規(guī)模系統(tǒng)，核心是任務(wù)調(diào)度。VxWorks的實(shí)時(shí)性更強(qiáng)，可靠性更高。
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VxWorks輕松達(dá)到汽車(chē)領(lǐng)域最高的ASIL-D級(jí)認(rèn)證，更難得DO-178C A級(jí)認(rèn)證它都過(guò)了。
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針對(duì)汽車(chē)領(lǐng)域常用的C++和智能駕駛算法領(lǐng)域最常用的Python兼容性良好，對(duì)車(chē)規(guī)級(jí)以太網(wǎng)上層協(xié)議棧TSN標(biāo)準(zhǔn)兼容性良好，對(duì)無(wú)人駕駛最常用操作系統(tǒng)ROS 2.0兼容性良好，也兼容自適應(yīng)Autosar。
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風(fēng)河在汽車(chē)領(lǐng)域主推三個(gè)產(chǎn)品，一個(gè)是Helix虛擬機(jī)平臺(tái)，一個(gè)是VxWorks，針對(duì)安全和實(shí)時(shí)性強(qiáng)相關(guān)的領(lǐng)域，另一個(gè)是嵌入式Linux，針對(duì)人工智能這種不可能達(dá)到ASIL功能安全的領(lǐng)域，這個(gè)領(lǐng)域無(wú)法要求實(shí)時(shí)性和安全性的。還有一個(gè)針對(duì)將來(lái)的汽車(chē)云端計(jì)算平臺(tái)，STARLING X。還有針對(duì)TSN的車(chē)載以太網(wǎng)操作系統(tǒng)。
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目前智能汽車(chē)針對(duì)安全實(shí)時(shí)性任務(wù)和非安全實(shí)時(shí)性任務(wù)是基于硬件或操作系統(tǒng)分區(qū)的，也就是由CPU基于底層硬件掌控的，對(duì)用戶(hù)透明度低。這種方法，隔離程度差，安全性不高，也不夠靈活。風(fēng)河是虛擬機(jī)大師，Helix在飛機(jī)航天系統(tǒng)上也有應(yīng)用，其中就包括中國(guó)的運(yùn)7。 風(fēng)河認(rèn)為服務(wù)導(dǎo)向型即SOA架構(gòu)或者說(shuō)軟件定義汽車(chē)架構(gòu)，應(yīng)該由虛擬機(jī)分區(qū)管理。
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工作負(fù)載管理也該交給虛擬機(jī)分區(qū)管理。
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風(fēng)河系統(tǒng)與自適應(yīng)Autosar的配合。
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風(fēng)河虛擬機(jī)的典型車(chē)載應(yīng)用，用虛擬機(jī)管理復(fù)雜軟件。
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安波福認(rèn)為軟件定義汽車(chē)和Zonal架構(gòu)非常需要風(fēng)河的支持。虛擬機(jī)將軟件/硬件抽象化，足以應(yīng)對(duì)時(shí)間苛刻任務(wù)，也降低整車(chē)廠開(kāi)發(fā)難度，方便集成小軟件開(kāi)發(fā)商的成果。軟件開(kāi)發(fā)可以基于原生云協(xié)同開(kāi)發(fā)，有助于縮短整車(chē)軟件時(shí)間。 安波福為大眾、奧迪和保時(shí)捷以及長(zhǎng)城開(kāi)發(fā)車(chē)機(jī)中大量用到虛擬機(jī)，安波福也是全球第一個(gè)說(shuō)服傳統(tǒng)大型車(chē)廠將儀表和Infotainment用單一硬件加虛擬機(jī)驅(qū)動(dòng)的廠家，收購(gòu)風(fēng)河，眼前可以加強(qiáng)安波福的座艙業(yè)務(wù)，未來(lái)可促進(jìn)安波福的自動(dòng)駕駛以及域控制器業(yè)務(wù)。
風(fēng)河之后，Green Hills應(yīng)該也面臨收購(gòu)，Green Hills在汽車(chē)業(yè)內(nèi)應(yīng)用更多，比如最新寶馬旗艦iX的HUD、儀表操作系統(tǒng)、360環(huán)視、自動(dòng)泊車(chē)、駕駛員注意力監(jiān)測(cè)都是Green Hills提供的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，其他客戶(hù)還有豐田、路虎等，與高通、NXP的合作也很密切，高通SA8155P的部分SDK就是Green Hills提供的。
