Arm Cortex-R82是实时处理领域的一次变革，它将高性能64位计算与嵌入式系统所需的确定的行为相结合。该处理器于2020年由Arm推出，是Cortex-R系列中首个支持完整内存管理单元（MMU）的处理器，使其能够运行像Linux这样的丰富操作系统，同时保持R系列著名的低延迟和实时能力。对于开发关键任务应用（如存储控制器、汽车系统或工业自动化）的开发者来说，将Cortex-R82与Wind River的VxWorks实时操作系统（RTOS）结合使用是一个引人注目的解决方案。本文探讨了在Cortex-R82上运行VxWorks的潜力，重点介绍其优势、挑战和实际考虑因素。
Cortex-R82：实时处理的新时代 #
Cortex-R82是Arm Cortex-R系列中性能最高的实时处理器。基于Armv8-R AArch64架构，它支持高达1TB的DRAM，远远超过了其32位前辈（如Cortex-R8）的4GB限制。地址able内存的这一飞跃，再加上可选的MMU，使Cortex-R82能够处理以前属于Cortex-A系列应用级处理器的复杂工作负载。此外，其可选的Neon SIMD扩展加速了机器学习（ML）和信号处理任务，使其非常适合新兴用例，如计算存储和边缘AI。
对于实时应用，Cortex-R82提供了确定的执行和低中断延迟，这是Cortex-R系列的标志。它支持在一个集群中最多八个核心，提供可扩展性，同时保持对线程调度和中断处理的精确控制。这些特性使其非常适合像VxWorks这样的RTOS，后者在关键任务嵌入式系统领域有着悠久的历史。
VxWorks：RTOS巨头 #
VxWorks由Wind River Systems开发，是一个以可靠性、安全性和实时性能著称的领先RTOS。自1987年首次亮相以来，它被广泛部署在从航空航天（如为火星2020漫游车提供动力）到工业控制和电信的多种应用中。VxWorks支持多种处理器架构，包括Arm、Intel、Power和RISC-V，设计上兼容32位和64位系统。其灵活性延伸到多核配置，通过其Type 1虚拟机管理程序支持非对称多处理（AMP）、对称多处理（SMP）和混合模式。
最新版本VxWorks 7强调模块化和可扩展性，将内核与中间件和应用程序分离，以便更容易更新和定制。它还包括高级功能，如用于确定性通信的时敏网络（TSN）和对AI/ML框架（如TensorFlow Lite）的支持，与Cortex-R82的能力非常契合。
为什么在Cortex-R82上运行VxWorks？ #
将VxWorks与Cortex-R82配对为嵌入式开发者提供了几个优势：
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实时确定性与高性能结合：Cortex-R82的实时优势与VxWorks保证精确任务调度和中断响应时间的能力相辅相成。这对于汽车安全系统或高速存储控制器等不允许延迟的应用至关重要。 -
64位可扩展性：支持高达1TB的DRAM，Cortex-R82使VxWorks能够管理更大的数据集和更复杂的应用程序。这对于需要本地处理大量数据的计算存储尤其有价值。 -
多核灵活性：VxWorks成熟的多核支持——包括AMP、SMP和CPU亲和性——允许开发者充分利用Cortex-R82的多核架构。例如，一个核心可以处理实时任务，而其他核心处理后台工作负载，所有这些都在单一操作系统实例内完成。 -
丰富的生态系统兼容性：虽然Cortex-R82的MMU支持Linux，但VxWorks为嵌入式用例提供了更轻量、更确定的替代方案。它与Wind River的开发工具（如Workbench IDE）集成，简化了开发和调试。 -
安全与认证：VxWorks为ISO 26262（汽车）和DO-178C（航空电子）等标准提供认证证据，使其成为Cortex-R82在汽车或工业领域应用的可信选择。
实际考虑与挑战 #
虽然这种组合前景看好，但在Cortex-R82上运行VxWorks需要仔细规划：
板级支持包（BSP）开发：VxWorks需要针对目标硬件定制的BSP。尽管Wind River为许多Arm处理器（如Cortex-A53和Cortex-R5）提供了BSP，但Cortex-R82的独特功能——如其MMU和64位架构——可能需要定制开发。开发者可以利用VxWorks的平台支持层和设备树框架加速这一过程。内存管理：Cortex-R82的MMU引入了虚拟内存功能，VxWorks可以利用这些功能来支持更丰富的软件堆栈。然而，实时应用通常更喜欢通过内存保护单元（MPU）进行物理内存访问的可预测性。开发者必须根据需求配置VxWorks以平衡这些选项。性能调优：为了充分发挥Cortex-R82的潜力，必须优化VxWorks的调度器和中断处理。CPU预留和中断亲和性等功能可以确保关键任务在专用核心上运行，最大限度减少延迟。工具链兼容性：VxWorks支持多种编译器（如Diab、GNU、Intel C++），开发者必须确保其工具链与Cortex-R82的64位Armv8-R架构兼容。Wind River对VxWorks的持续更新应能缓解兼容性问题。许可和成本：VxWorks是专有软件，其许可成本可能与Linux等开源替代方案相比是一个因素。然而，对于许多高风险项目，其经过验证的记录和支持证明了投资的合理性。
用例：计算存储 #
一个引人注目的应用是计算存储，Cortex-R82的高性能和内存容量在此大放异彩。想象一个运行在Cortex-R82上的固态硬盘（SSD）控制器使用VxWorks：一个核心以确定的延迟处理实时I/O请求，而其他核心使用Neon加速的ML模型本地分析数据。VxWorks的TSN支持确保与主机的可靠通信，其小巧的占用空间保持资源使用最小——在这方面比Linux等更重的操作系统更具优势。
开始使用 #
要在Cortex-R82上运行VxWorks，开发者应：
- 联系Wind River获取最新的VxWorks版本和Cortex-R82支持状态。
- 获取带有Cortex-R82的开发板或参考设计（例如来自Arm合作伙伴）。
- 使用VxWorks的工具构建BSP，以现有的Armv8-R BSP作为模板开始。
- 测试最小内核，然后逐步添加驱动程序和应用程序代码。
结论 #
Arm Cortex-R82与VxWorks为下一代嵌入式系统形成了一个强大的组合，将尖端硬件与经过实战检验的RTOS相结合。无论是为汽车区域控制器、先进存储解决方案还是工业自动化提供动力，这种配对提供了无与伦比的实时性能、可扩展性和可靠性。虽然需要一些定制，但这一投资开启了一个能够满足当今最具挑战性应用需求的平台。随着嵌入式系统的发展，Cortex-R82上的VxWorks已准备好在智能边缘推动创新。