安波福收購嵌入式RTOS專家風(fēng)河意欲何為？

2022年第一件汽車行業(yè)并購就是安波福43億美元收購了嵌入式RTOS專家風(fēng)河，風(fēng)河公司(Wind River System)是一家專業(yè)從事嵌入式OS、軟件開發(fā)工具、解決方案平臺及服務(wù)的軟件公司，由Jerry Fiddle和DavidWilner于1981年在美國加州創(chuàng)立。VxWorks是風(fēng)河公司推出的實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)（RTOS）。

過去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)被稱為嵌入式OS的常青樹。

現(xiàn)在風(fēng)河產(chǎn)品包含2個嵌入式OS平臺：Linux和VxWorks，基于Eclips支持這兩個平臺的開發(fā)工具Workbench、On-ChipDebugging工具產(chǎn)品（即JTAG仿真器）、測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月球探測器上，發(fā)射入太空。1997年NASA火星探險者號飛船的實(shí)時操作系統(tǒng)，登陸火星。1999年風(fēng)河收購一個主要競爭對手，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客戶轉(zhuǎn)向VxWorks。2004年針對網(wǎng)絡(luò)和通信市場，推出便攜的Linux平臺，正式進(jìn)軍嵌入式Linux市場。NASA的火星探測車（勇氣號和機(jī)遇號）采用VxWorks。2009年英特爾以8.84億美元收購風(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)時操作系統(tǒng)長達(dá)30年的霸主，市場占有率超30%，主要收入來自4個領(lǐng)域，分別是宇航與國防、工業(yè)與醫(yī)療、電信以及汽車。宇航與國防所占比例最高，約45%，各種飛船或者說航天飛行器基本都是風(fēng)河VxWorks的市場，自然也包括馬斯克的SpaceX。中國神舟系列的SpaceOS也有借鑒VxWorks653（653是產(chǎn)品名，并非版本號）。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。這個領(lǐng)域風(fēng)河有個強(qiáng)勁的競爭對手Green Hills，美國的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無人機(jī)（單價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)彈如愛國者。

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罩杏休椛洌?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，但對可靠性要求極高，實(shí)時性要求更高，絕對硬實(shí)時，延遲要求是納秒級。VxWorks是確定性的、基于優(yōu)先級的搶占式RTOS，具有低延遲和最小抖動。

硬實(shí)時操作系統(tǒng)的時間約束是硬性的，指系統(tǒng)必須滿足的時間約束。硬實(shí)時操作系統(tǒng)的約束使用確定性表達(dá)方式，比如傳感器信號必須在10微秒內(nèi)更新，計算必須在20微秒內(nèi)完成等。錯過截至?xí)r間，任務(wù)將變得沒有價值。硬實(shí)時操作系統(tǒng)的本質(zhì)訴求是可預(yù)測性(deterministic)：實(shí)時操作系統(tǒng)在時序要求上必須可預(yù)測。如：一個特定的任務(wù)是否能在給定的截止期內(nèi)完成。需要計算的因素包括：系統(tǒng)負(fù)載、處理器的計算能力、實(shí)時操作系統(tǒng)的支持、進(jìn)程和線程優(yōu)先級、調(diào)度算法、通信基礎(chǔ)設(shè)施等。類似的概念為確定性，指確保應(yīng)用的執(zhí)行不被外界不可預(yù)知的時間干擾而導(dǎo)致不可預(yù)測的能力。同時，確定性是以犧牲效率為代價換來的！順便說一句，機(jī)器學(xué)習(xí)最大的缺點(diǎn)就是不具備可預(yù)測性(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，沒有用戶服務(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是基于輪詢調(diào)度的；QNX是針對算力比較強(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)時性更強(qiáng)，可靠性更高。

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VxWorks輕松達(dá)到汽車領(lǐng)域最高的ASIL-D級認(rèn)證，更難得DO-178C A級認(rèn)證它都過了。

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針對汽車領(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，對車規(guī)級以太網(wǎng)上層協(xié)議棧TSN標(biāo)準(zhǔn)兼容性良好，對無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)河在汽車領(lǐng)域主推三個產(chǎn)品，一個是Helix虛擬機(jī)平臺，一個是VxWorks，針對安全和實(shí)時性強(qiáng)相關(guān)的領(lǐng)域，另一個是嵌入式Linux，針對人工智能這種不可能達(dá)到ASIL功能安全的領(lǐng)域，這個領(lǐng)域無法要求實(shí)時性和安全性的。還有一個針對將來的汽車云端計算平臺，STARLING X。還有針對TSN的車載以太網(wǎng)操作系統(tǒng)。

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目前智能汽車針對安全實(shí)時性任務(wù)和非安全實(shí)時性任務(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，對用戶透明度低。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)或者說軟件定義汽車架構(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)對時間苛刻任務(wù)，也降低整車廠開發(fā)難度，方便集成小軟件開發(fā)商的成果。軟件開發(fā)可以基于原生云協(xié)同開發(fā)，有助于縮短整車軟件時間。 安波福為大眾、奧迪和保時捷以及長城開發(fā)車機(jī)中大量用到虛擬機(jī)，安波福也是全球第一個說服傳統(tǒng)大型車廠將儀表和Infotainment用單一硬件加虛擬機(jī)驅(qū)動的廠家，收購風(fēng)河，眼前可以加強(qiáng)安波福的座艙業(yè)務(wù)，未來可促進(jìn)安波福的自動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，Green Hills在汽車業(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、自動泊車、駕駛員注意力監(jiān)測都是Green Hills提供的實(shí)時操作系統(tǒng)，其他客戶還有豐田、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。