Porting LTZVisor to i.MX 6Quad SD

Abstract

Virtualization, a popular and successful concept started in the mainframes, became a fundamental part of cloud computing and it is heavily present in desktop systems has turn into a hot topic in the embedded system domain. Modern embedded devices have, and now it became complex machines by continuously adopting general purpose features to assist and reduce the design cost of their deployed applications. Additionally, in the past years we have witnessed a change in the aforementioned applications design approach, leaving the previous isolated design to become ubiquitous Internet-connected systems. The new demands of modern embedded applications has lead to the adoption of virtualization as a mean to consolidate and isolate their heterogeneous services/functionalities. The real-time requirements often found in embedded application has turn hardware-assisted virtualization into the main approach in embedded applications due to its lower performance overhead compared to the software-based techniques. Therefore, embedded platforms manufacturer have included hardware to support virtualization in their platforms such as ARM’s TrustZone technology. To instigate embedded-virtualization, lightweight TrustZone-assisted hypervisor (LTZVisor) arises as a solution/approach to explore and evaluate how ARM TrustZone can be efficiently exploited to assist virtualization. In this thesis LTZVisor is ported to i.MX 6Quad SD along with the extension of its multicore configuration to a quad-core architecture. Throughout this thesis it is demonstrated the benefits and discussed the identified limitations while showing how they can be overcome. It is conducted extensive experiments with popular benchmark suites, focusing on the penalties incurred on the real-time properties of the real-time operating system, demonstrating how TrustZone-assisted virtualization can effectively meet real-time needs demanded by embedded applications.

Virtualização, um conceito popular e bem-sucedido iniciado nos mainframes, tornou-se uma parte fundamental da computação em nuvem e muito presente nos desktops e ultimamente tem sido num tópico importante no desenho de sistemas embebidos. Os sistemas embebidos modernos estão a tornar-se cada vez mais complexos, adotando continuamente funcionalidades de sistemas operativos genéricos para auxiliar e reduzir o custo de projeto. Além disso, nos últimos anos, assistimos a uma mudança na abordagem no projeto de sistemas embebidos, com a migração de projetos isolados para sistemas ubíquos conectados à Internet. Os novos serviços/funcionalidades encontrados nos sistemas embebidos modernos levaram a adoção da virtualização como uma abordagem para consolidar e isolar o seu ambiente heterogêneo. Os requisitos de tempo-real geralmente encontrados nos sistemas embebidos tornaram a virtualização assistida-por-hardware no principal método de virtualização devido ao seu melhor desempenho em comparação com as técnicas baseadas completamente em software. Com esse reconhecimento, os fabricantes de plataformas de sistemas embebidos passaram a incluir hardware para dar suporte à virtualização nas suas plataformas, como por exemplo, a tecnologia TrustZone da ARM. Para instigar a virtualização em sistemas embebidos, o Lightweight TrustZoneassisted Hypervisor (LTZVisor) surge como uma ferramenta para explorar e avaliar como a Trust- Zone pode ser eficientemente explorada para auxiliar na virtualização. Nesta dissertação LTZVisor é portado para a plataforma i.MX 6Quad SD juntamente com a extensão de sua configuração multicore para uma arquitetura quad-core. Ao longo desta tese, é demonstrado os benefícios e discutido as limitações identificadas e apresentada formas como estas podem ser superadas. São realizados várias experiências usando benchmark populares, com foco nas penalizações que afectam as propriedades de tempo-real do sistema operativo tempo-real demonstrando como a virtualização assistida pela TrustZone pode atender de forma eficaz as necessidades de temporeal dos sistemas embebidos modernos.