安波福收購嵌入式RTOS專家風河意欲何為？

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專家風河，風河公司(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的軟件公司，由Jerry Fiddle和DavidWilner于1981年在美國加州創(chuàng)立。VxWorks是風河公司推出的實時多任務操作系統(tǒng)（RTOS）。

過去40年間，風河和VxWorks在嵌入式OS領域一直處于領先地位，在航空航天、通信、工業(yè)控制等行業(yè)有著廣泛的應用，在業(yè)內(nèi)被稱為嵌入式OS的常青樹。

現(xiàn)在風河產(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。 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），先進的網(wǎng)絡協(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、醫(yī)療和消費電子等的特定平臺產(chǎn)品。

圖片來源：互聯(lián)網(wǎng)

風河成立于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時操作系統(tǒng)，登陸火星。1999年風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)絡和通信市場，推出便攜的Linux平臺，正式進軍嵌入式Linux市場。NASA的火星探測車（勇氣號和機遇號）采用VxWorks。2009年英特爾以8.84億美元收購風河，2018年4月英特爾出售風河給投資公司TPG。

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風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，硬實時操作系統(tǒng)長達30年的霸主，市場占有率超30%，主要收入來自4個領域，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、F-16V（全球空軍主力機型）、F-18大黃蜂，B-2戰(zhàn)略轟炸機，X-47A，波音787都是VxWorks。這個領域風河有個強勁的競爭對手Green Hills，美國的F-22猛禽、F-35、B-52轟炸機、B-1B轟炸機、C-17運輸機和F-16改進型，以及歐洲的A-400M運輸機，X-47B無人機（單價4億美元，比荷蘭ASML公司的光刻機貴多了）。還有民航空客的A380。還有很多防空導彈如愛國者。

這些領域的特點是硬件運算資源非常弱，與今天的臺式機比差距有20-30年，航天器的CPU一般都很弱，最多的是SPARC（可擴充處理器架構），然后還有PPC/MIPS的，這是因為太空中有輻射，要抗干擾。主頻一般是10MHz～100MHz，但對可靠性要求極高，實時性要求更高，絕對硬實時，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。硬實時操作系統(tǒng)的約束使用確定性表達方式，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。錯過截至時間，任務將變得沒有價值。硬實時操作系統(tǒng)的本質(zhì)訴求是可預測性(deterministic)：實時操作系統(tǒng)在時序要求上必須可預測。如：一個特定的任務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)負載、處理器的計算能力、實時操作系統(tǒng)的支持、進程和線程優(yōu)先級、調(diào)度算法、通信基礎設施等。類似的概念為確定性，指確保應用的執(zhí)行不被外界不可預知的時間干擾而導致不可預測的能力。同時，確定性是以犧牲效率為代價換來的！順便說一句，機器學習最大的缺點就是不具備可預測性(deterministic)。

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業(yè)內(nèi)一般認為VxWorks是一種微內(nèi)核架構，但風河自己認為是介于宏內(nèi)核與微內(nèi)核之間。

VxWorks架構

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VxWorks與QNX的區(qū)別是什么呢？VxWorks有點像宏內(nèi)核，但體積比QNX還小，只有8kB。VxWorks 7以前只提供系統(tǒng)服務，使用統(tǒng)一地址空間方式，沒有用戶服務。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服務運行在 kernel mode下，其他邏輯運行在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是針對算力比較強的系統(tǒng)，VxWorks是偏向于單獨MCU或MCU島應用的小規(guī)模系統(tǒng)，核心是任務調(diào)度。VxWorks的實時性更強，可靠性更高。

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VxWorks輕松達到汽車領域最高的ASIL-D級認證，更難得DO-178C A級認證它都過了。

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針對汽車領域常用的C++和智能駕駛算法領域最常用的Python兼容性良好，對車規(guī)級以太網(wǎng)上層協(xié)議棧TSN標準兼容性良好，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Autosar。

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風河在汽車領域主推三個產(chǎn)品，一個是Helix虛擬機平臺，一個是VxWorks，針對安全和實時性強相關的領域，另一個是嵌入式Linux，針對人工智能這種不可能達到ASIL功能安全的領域，這個領域無法要求實時性和安全性的。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時性任務和非安全實時性任務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。風河是虛擬機大師，Helix在飛機航天系統(tǒng)上也有應用，其中就包括中國的運7。 風河認為服務導向型即SOA架構或者說軟件定義汽車架構，應該由虛擬機分區(qū)管理。

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工作負載管理也該交給虛擬機分區(qū)管理。

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   風河系統(tǒng)與自適應Autosar的配合。

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風河虛擬機的典型車載應用，用虛擬機管理復雜軟件。

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安波福認為軟件定義汽車和Zonal架構非常需要風河的支持。虛擬機將軟件/硬件抽象化，足以應對時間苛刻任務，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)車機中大量用到虛擬機，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驅(qū)動的廠家，收購風河，眼前可以加強安波福的座艙業(yè)務，未來可促進安波福的自動駕駛以及域控制器業(yè)務。

風河之后，Green Hills應該也面臨收購，Green Hills在汽車業(yè)內(nèi)應用更多，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。