Ono Sokki，一家汽車測試和測量應用供應商，采用了虛擬化技術，將其其中一套系統從六臺工業PC簡化為單一硬件平臺。同時，他們對產品進行了現代化改造，簡化了部署。

工作負載整合技術的優勢場景

依托工作負載整合技術簡化系統架構

日本汽車和工業測試系統制造商小野索基的經驗展示了這些特點。公司提供多種復雜多功能系統，如其靈活自動測量系統（FAMS），以高速數據采集、先進的實時處理和低延遲網絡技術著稱（見圖1）。

1. Ono Sokki在其靈活自動測量系統（FAMS）中利用工作負載整合實現高速數據采集和實時處理。

早期系統如FAMS-R5需要多臺工業電腦進行不同測試功能，導致成本高昂、布線復雜且靈活性有限。隨著數據量的增長，對可擴展的軟件定義解決方案的需求變得明顯。

通過FAMS-R6，小野索基引入了基于COM Express Type 7模塊和Intel Xeon D處理器的虛擬化架構。利用虛擬機監控程序技術，它在同一平臺上運行RTOS和通用作系統，確保每個工作負載都能獲得所需的計算、內存和I/O帶寬，且不受干擾。

這種整合將多達六臺工業電腦替換為一個緊湊型系統，降低硬件成本，簡化安裝，消除冗余布線。高速10 GbE接口支持實時數據采集，分布式存儲則確保快速、低延遲的數據交換。

虛擬機監控程序如何降低系統復雜性

正如本系列第一部分所解釋的，通過使用Type-1虛擬機監控器（裸機），可以將物理資源（如CPU、內存或系統輸入/作系統）拆分，并分布到多個虛擬機之間，同時提供對共享資源（如網絡或存儲）的訪問。通過將核心和物理內存以及對特定I/O的訪問進行分區，虛擬機監控器可以創建多個完整的系統，提供原生性能且彼此不會相互干擾（見圖2）。

2. Congatec 的虛擬機管理程序將系統的物理資源拆分，并分配到多個虛擬機中。

為了確保各種工作負載不爭奪資源，FAMS-R6 系統中使用的集成虛擬機監控程序會邏輯上將系統的各個組件專門分配給各個虛擬機，采用不同的方法：

• 芯釘固定：可以為虛擬機保留特定的CPU核心，將其與其他核心隔離，以確保不會出現無謂的延遲尖峰。

• 內存分區：每個虛擬機會被分配一個固定且連續的物理內存塊，以確保一個虛擬機分區的內存使用不會妨礙或耗盡其他分區。

• 輸入輸出分區：I/O設備，通常是PCIe外設，可以配置為綁定到特定虛擬機，從而賦予虛擬機對硬件的直接低層訪問。

如果FAMS-R6系統中的虛擬機不需要極其精確且快速的實時控制，那么它不必直接且獨占地連接到硬件。在這種情況下，虛擬機監控程序可以提供一個虛擬設備。

例如，單個物理網絡接口卡（NIC）不需要物理專用于每個虛擬機。相反，多個虛擬機可以共享同一個物理網卡。由于沒有單個虛擬機單獨占用全部帶寬，共享資源更經濟且更高效。

對于USB設備，虛擬機監控程序可以精確控制哪個虛擬機被允許訪問哪臺設備。它通過他們的 USB ID，比如特定的傳感器或閃存驅動器來識別它們，并相應地分配它們。此外，虛擬機監控程序還可以創建共享內存區域，多個虛擬機可以同時訪問。當FAMS-R6內的不同作系統需要處理相同的傳感器數據，而不必不斷復制時，這非常有用。

集成解決方案平臺的作用

如前所述，集成解決方案平臺在簡化從遺留架構向虛擬化、整合系統的過渡中發揮著關鍵作用。在FAMS-R6系統中，小野索基實現了COM Express Type 7模塊，搭載Intel Xeon D處理器（見圖3）。

3. 小野索基系統中使用的conga-B7XD服務器模塊，具備高計算能力和高I/O帶寬，可實時連接多個傳感器。

該系統同時運行 VxWorks 實時操作系統與 Windows 通用操作系統，虛擬機之間的完全隔離設計，不僅消除了性能干擾問題，還規避了 “資源搶占” 這類常見故障。

這類集成式平臺基于兼容性與互操作性設計，能夠幫助用戶以更低風險、更高效率完成既有應用的遷移工作。經過驗證的軟件棧會經過系統化測試、歸檔與更新，通過主動修復已知漏洞，降低系統的安全合規風險。

同樣重要的是，服務器級模塊平臺的模塊化特性，為 Ono Sokki 提供了清晰明確的技術升級路徑。依托可擴展的硬件底座與功能隔離的虛擬機架構，系統可輕松完成功能更新與擴展，滿足未來的業務需求。

結論

工作負載整合技術已經從理論走向實踐，成為解決當下嵌入式系統設計痛點的實用方案。正如本案例所呈現的，現代化的軟硬件集成方案，正在幫助原始設備制造商借助虛擬化技術，減少硬件投入、簡化系統架構，并在單一平臺上支撐日益復雜的工作負載。

對于那些面臨性能、安全性與互聯性多重挑戰的原始設備制造商而言，工作負載整合技術已不再是遙遠的未來目標，而是一項具備落地條件的實用設計策略。