安波福收购嵌入式RTOS专家风河意欲何为?

2022-01-16 15:53:07·  来源:佐思汽车研究  作者:周彦武  
 
2022年第一件汽车行业并购就是安波福43亿美元收购了嵌入式RTOS专家风河,风河公司(Wind River System)是一家专业从事嵌入式OS、软件开发工具、解决方案平台及服
2022年第一件汽车行业并购就是安波福43亿美元收购了嵌入式RTOS专家风河,风河公司(Wind River System)是一家专业从事嵌入式OS、软件开发工具、解决方案平台及服务的软件公司,由Jerry Fiddle和DavidWilner于1981年在美国加州创立。VxWorks是风河公司推出的实时多任务操作系统(RTOS)。过去40年间,风河和VxWorks在嵌入式OS领域一直处于领先地位,在航空航天、通信、工业控制等行业有着广泛的应用,在业内被称为嵌入式OS的常青树。
现在风河产品包含2个嵌入式OS平台:Linux和VxWorks,基于Eclips支持这两个平台的开发工具Workbench、On-ChipDebugging工具产品(即JTAG仿真器)、测试管理工具和工程服务。
VxWorks是由支持多核、32/64位嵌入式处理器、内存包含和内存管理的VxWorks 6.x和VxWorks5.x,Workbench开发工具(包括多种C/C++编译器和调试器),连接组件(USB、IPv4/v6、多种文件系统等),先进的网络协议和图像多媒体等模块组成。除了通用平台外,VxWorks还包括支持工业、网络、医疗和消费电子等的特定平台产品。
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风河成立于1981年,2021年收入大约4亿美元,毛利率超过80%。1987年风河基于VRTX推出VxWorks,1993年IPO上市,1995年VxWorks在NASA Clementine月球探测器上,发射入太空。1997年NASA火星探险者号飞船的实时操作系统,登陆火星。1999年风河收购一个主要竞争对手,pSOS的发明者,一家集成系统公司。从那以后风河公司不再支持pSOS产品线,并推荐现存的pSOS客户转向VxWorks。2004年针对网络和通信市场,推出便携的Linux平台,正式进军嵌入式Linux市场。NASA的火星探测车(勇气号和机遇号)采用VxWorks。2009年英特尔以8.84亿美元收购风河,2018年4月英特尔出售风河给投资公司TPG。
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风河是全球第一大嵌入式RTOS厂家,也是全球第一大嵌入式Linux厂家,硬实时操作系统长达30年的霸主,市场占有率超30%,主要收入来自4个领域,分别是宇航与国防、工业与医疗、电信以及汽车。宇航与国防所占比例最高,约45%,各种飞船或者说航天飞行器基本都是风河VxWorks的市场,自然也包括马斯克的SpaceX。中国神舟系列的SpaceOS也有借鉴VxWorks653(653是产品名,并非版本号)。除了航天飞行器,AH-64阿帕奇武装直升机、F-16V(全球空军主力机型)、F-18大黄蜂,B-2战略轰炸机,X-47A,波音787都是VxWorks。这个领域风河有个强劲的竞争对手Green Hills,美国的F-22猛禽、F-35、B-52轰炸机、B-1B轰炸机、C-17运输机和F-16改进型,以及欧洲的A-400M运输机,X-47B无人机(单价4亿美元,比荷兰ASML公司的光刻机贵多了)。还有民航空客的A380。还有很多防空导弹如爱国者。
这些领域的特点是硬件运算资源非常弱,与今天的台式机比差距有20-30年,航天器的CPU一般都很弱,最多的是SPARC(可扩充处理器架构),然后还有PPC/MIPS的,这是因为太空中有辐射,要抗干扰。主频一般是10MHz~100MHz,但对可靠性要求极高,实时性要求更高,绝对硬实时,延迟要求是纳秒级。VxWorks是确定性的、基于优先级的抢占式RTOS,具有低延迟和最小抖动。
硬实时操作系统的时间约束是硬性的,指系统必须满足的时间约束。硬实时操作系统的约束使用确定性表达方式,比如传感器信号必须在10微秒内更新,计算必须在20微秒内完成等。错过截至时间,任务将变得没有价值。硬实时操作系统的本质诉求是可预测性(deterministic):实时操作系统在时序要求上必须可预测。如:一个特定的任务是否能在给定的截止期内完成。需要计算的因素包括:系统负载、处理器的计算能力、实时操作系统的支持、进程和线程优先级、调度算法、通信基础设施等。类似的概念为确定性,指确保应用的执行不被外界不可预知的时间干扰而导致不可预测的能力。同时,确定性是以牺牲效率为代价换来的!顺便说一句,机器学习最大的缺点就是不具备可预测性(deterministic)。
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业内一般认为VxWorks是一种微内核架构,但风河自己认为是介于宏内核与微内核之间。
VxWorks架构

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VxWorks与QNX的区别是什么呢?VxWorks有点像宏内核,但体积比QNX还小,只有8kB。VxWorks 7以前只提供系统服务,使用统一地址空间方式,没有用户服务。7之后区分kernel space和user space,只是user space和kernel space一致,看起来像是Linux那样的monolithic kernel。QNX是只有kernel服务运行在 kernel mode下,其他逻辑运行在user mode下。QNX是基于信息传递的操作系统,VxWorks是基于内存的操作系统;QNX是基于线程划拨调度的,VxWorks是基于轮询调度的;QNX是针对算力比较强的系统,VxWorks是偏向于单独MCU或MCU岛应用的小规模系统,核心是任务调度。VxWorks的实时性更强,可靠性更高。

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VxWorks轻松达到汽车领域最高的ASIL-D级认证,更难得DO-178C A级认证它都过了。

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针对汽车领域常用的C++和智能驾驶算法领域最常用的Python兼容性良好,对车规级以太网上层协议栈TSN标准兼容性良好,对无人驾驶最常用操作系统ROS 2.0兼容性良好,也兼容自适应Autosar。

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风河在汽车领域主推三个产品,一个是Helix虚拟机平台,一个是VxWorks,针对安全和实时性强相关的领域,另一个是嵌入式Linux,针对人工智能这种不可能达到ASIL功能安全的领域,这个领域无法要求实时性和安全性的。还有一个针对将来的汽车云端计算平台,STARLING X。还有针对TSN的车载以太网操作系统。
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目前智能汽车针对安全实时性任务和非安全实时性任务是基于硬件或操作系统分区的,也就是由CPU基于底层硬件掌控的,对用户透明度低。这种方法,隔离程度差,安全性不高,也不够灵活。风河是虚拟机大师,Helix在飞机航天系统上也有应用,其中就包括中国的运7。
风河认为服务导向型即SOA架构或者说软件定义汽车架构,应该由虚拟机分区管理。

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工作负载管理也该交给虚拟机分区管理。

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风河系统与自适应Autosar的配合。

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风河虚拟机的典型车载应用,用虚拟机管理复杂软件。

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安波福认为软件定义汽车和Zonal架构非常需要风河的支持。虚拟机将软件/硬件抽象化,足以应对时间苛刻任务,也降低整车厂开发难度,方便集成小软件开发商的成果。软件开发可以基于原生云协同开发,有助于缩短整车软件时间。
安波福为大众、奥迪和保时捷以及长城开发车机中大量用到虚拟机,安波福也是全球第一个说服传统大型车厂将仪表和Infotainment用单一硬件加虚拟机驱动的厂家,收购风河,眼前可以加强安波福的座舱业务,未来可促进安波福的自动驾驶以及域控制器业务。
风河之后,Green Hills应该也面临收购,Green Hills在汽车业内应用更多,比如最新宝马旗舰iX的HUD、仪表操作系统、360环视、自动泊车、驾驶员注意力监测都是Green Hills提供的实时操作系统,其他客户还有丰田、路虎等,与高通、NXP的合作也很密切,高通SA8155P的部分SDK就是Green Hills提供的。
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