軟件開發(fā)是一個令人著迷的產(chǎn)業(yè)。在過去這些年來，隨著開發(fā)商不斷的采用新的編程語言(從Fortran到Pascal再到C++及其他更高級的語言)，它也在不斷的改變著。但是，盡管開發(fā)商很容易注意到軟件本身可以推動創(chuàng)新，但是很少考慮他們基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)對變化的可能手段。在虛擬化發(fā)展過程中 ，這將有所改變。

當(dāng)?shù)谝粋€嵌入式設(shè)備出現(xiàn)時，眾所周知，軟件根本不存在;所有的功能建立在硬件中。隨著微處理器的引入，軟件內(nèi)容出現(xiàn)了，但是仍然在整體系統(tǒng)中只占一小部分。在過去二十年，隨著軟件規(guī)模和復(fù)雜性的爆炸性增長，嵌入式行業(yè)經(jīng)歷了一個整體的遷移。今天，軟件是嵌入式系統(tǒng)中提高功能和創(chuàng)新的主要推動力。

雖然硬件設(shè)計在工具和工藝開發(fā)方面得到了重要的投資，但是軟件的開發(fā)流程基本上從二十世紀(jì)八十年代就保持基本靜態(tài)。硬件產(chǎn)業(yè)得益于良好的標(biāo)準(zhǔn)和流程，但是軟件開發(fā)的方法并沒有跟上，使得程序員從事軟件開發(fā)完全是臨時性的。

這種缺乏基本的軟件開發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施的后果太常見了：成本超支、跟不上日程和質(zhì)量差的軟件。軟件開發(fā)目前的辦法可以看出約有三分之二的項目遲于上市，三分之一超過預(yù)算，并且，將近一半的嵌入式設(shè)計被取消。即使為工作或者產(chǎn)品的性能增撥資源，也不能使得軟件開發(fā)者脫離一貫的碰壁情況。

為什么在嵌入式程序世界存在如此驚人的斷開?為什么軟件在設(shè)計越來越復(fù)雜時仍停滯不前?這既不是人也不是設(shè)備的問題。相反，它是沒有為輔助軟件發(fā)展設(shè)計出精密戰(zhàn)略發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施而造成的。

一個嵌入式設(shè)備通常是重新開始的，始于硬件且終于軟件。這個過程是順序的，由硬件開始設(shè)計圍繞一定的期望，考慮存儲、MIPS、界面、連接性等等。多種器件放到一塊建立起一個硬件系統(tǒng)，它才是軟件開發(fā)最重要的。這種以硬件為中心，自下而上的方法涉及到許多步驟和多重依賴關(guān)系，而且只有經(jīng)過系統(tǒng)整合階段，當(dāng)軟件實際在平臺運行時，這個系統(tǒng)才能從性能的角度去理解。(相比之下，面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)(Service-Oriented Architecture,SOA)，這種方法規(guī)在設(shè)計一個基礎(chǔ)架構(gòu)(以支持必要的服務(wù))之前已經(jīng)規(guī)劃好了必要的服務(wù))。

自下而上開發(fā)方法的主要弱點是，在軟件設(shè)計過程中，它把軟件作為一種后添加的事物，盡管有越來越多的系統(tǒng)功能依賴于軟件，而不是硬件。整合在這個過程中發(fā)生的非常晚，從而難以發(fā)現(xiàn)由硬件、設(shè)計或者架構(gòu)引入的錯誤。在許多情況下，開發(fā)商不得不重新考慮他們的設(shè)計以降低時間成本和預(yù)算。

隨著軟件的復(fù)雜度達(dá)到了新的高度，并且固定程序被證明是付運的主要障礙，以硬件為中心方法的低效和不實用正在變得越來越明顯。開發(fā)商如何才能戰(zhàn)略性重新思考自己的發(fā)展方法以至于使得他們不再受到硬件的擺布?軟件開發(fā)商在系統(tǒng)階段如何能夠較早的進(jìn)入系統(tǒng)設(shè)計?這就是虛擬化出現(xiàn)的原因。

虛擬化的先驅(qū)

虛擬化技術(shù)用于嵌入式設(shè)備開發(fā)已經(jīng)好幾年，既作為實際硬件的替代，也作為復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試平臺。在硬件設(shè)計產(chǎn)業(yè)，仿真已經(jīng)用于插口和PCB 階段。無論是設(shè)計處理器，PCB或者SOC，硬件開發(fā)商可以使用仿真工具，像Mentor、Cadence和Synposys，以建立模型和預(yù)測他們系統(tǒng)的行為，而無需等候真實物理系統(tǒng)開發(fā)出來。

嵌入式設(shè)備之外，我們看到了許多產(chǎn)業(yè)在使用傳統(tǒng)方法碰壁后運用虛擬化方法取得成功。在過去兩年里，服務(wù)器虛擬化已經(jīng)通過提高數(shù)據(jù)中心效率和降低總體成本方面取得了很大的進(jìn)展。虛擬化已經(jīng)解決了這種持續(xù)的挑戰(zhàn)，包括服務(wù)器擴散、CPU利用不充分和應(yīng)用分離。

仿真同時被引入了許多產(chǎn)業(yè)，如航空航天和國防，應(yīng)用在他們自己的軟件開發(fā)中。通常，這些行業(yè)需要如此復(fù)雜的設(shè)計，以至于等待了一年或者更多年后才知道硬件是行不通的。隨著點解決方案、設(shè)計復(fù)雜度基本上授權(quán)給這些公司投入資源在國內(nèi)開發(fā)虛擬化軟件解決方案，仿真已經(jīng)在國內(nèi)發(fā)展起來了。

嵌入式軟件開發(fā)行業(yè)正處在一個既不是傳統(tǒng)的、以硬件為中心的開發(fā)方法，也不是內(nèi)部的點上，一次過的虛擬軟件開發(fā)解決方案在這個競爭激烈的市場，必須能夠提供快速的產(chǎn)品上市時間、節(jié)約成本和質(zhì)量保證。嵌入式設(shè)備中軟件內(nèi)容的角色沒有任何下降的趨勢，多核器件的增長將前所未有的復(fù)雜性加入到了硬件和軟件中。必然走向多核設(shè)計，只需強調(diào)對軟件開發(fā)解決方案需求，從而能夠充分利用多核設(shè)備的潛在性能。

當(dāng)前的嵌入式軟件開發(fā)已經(jīng)使公司戰(zhàn)略地重新審視和反思自己的過程是必要的，不僅僅在設(shè)備階段，還要在過程設(shè)計階段 。我們可以從中知道硬件產(chǎn)業(yè)確實需要仿真，但是我們也需要虛擬化，更進(jìn)一步說，作為一個基礎(chǔ)的、根本的設(shè)施引入到我們自己的產(chǎn)業(yè)中。

虛擬化軟件開發(fā)是一個產(chǎn)品發(fā)展戰(zhàn)略，它可以將軟件開發(fā)從依賴于物理硬件(在其上，應(yīng)用將被部署)解放出來。相反，虛擬化軟件開發(fā)使得軟件開發(fā)商可以直接在桌面上進(jìn)行開發(fā)，制造出一個真實的共同發(fā)展戰(zhàn)略，這樣，硬件和軟件開發(fā)可以同時進(jìn)行。軟件/硬件集成是前端的優(yōu)先，而不是后端的急于求成。

虛擬化軟件的開發(fā)使得開發(fā)者制造了高性能，功能準(zhǔn)確的硬件模型，可以使得他們在系統(tǒng)開發(fā)過程中盡早地開始調(diào)試、測試和優(yōu)化系統(tǒng)。虛擬技術(shù)可以用于不同程度的細(xì)節(jié)，從處理器到板級到設(shè)備，在這樣的精度水平，二進(jìn)制代碼可以不變運行且不會伴隨任何行為上的分歧。

物理硬件測試過程中，高性能虛擬平臺不同程度的控制是不可能的。必然的，當(dāng)同樣的條件應(yīng)用，軟件往往以相同的方式執(zhí)行的固有性質(zhì)成為了虛擬測試的一個實際。隨著處理器和硬件在復(fù)雜度上的提高，必然也就意味著在操作的過程中沒有其他的改變不是由于軟件的追蹤缺陷造成的，而是由硬件引起的往往難以察覺的變化，這個變化也就產(chǎn)生了所謂的“海森堡蟲子”(Heisenbug)，依賴于細(xì)小的時鐘干擾的狀態(tài)有的時候是不可能復(fù)制的，甚至是在整個系統(tǒng)反復(fù)重新運行過程中。仿真基礎(chǔ)設(shè)施背后的虛擬平臺使得開發(fā)者可以單步驟或者停止系統(tǒng)來檢查他們的內(nèi)部轉(zhuǎn)臺。開發(fā)者可以在仿真多核處理器內(nèi)核和每個內(nèi)核的多個過程中不斷的復(fù)制一個錯誤，從而使得多核處理器調(diào)試就像調(diào)試一個單一處理器的單一程序一樣簡單。