一种基于ARM架构实现GPU虚拟化的系统及方法

摘要

本发明涉及一种基于ARM架构实现GPU虚拟化的系统及方法，包括：虚拟机配置的第一软件模块，及宿主机配置的第二软件模块；所述第一软件模块包含各类应用程序App，所述第二软件模块具备3D渲染功能，可将第一软件模块中的App进行3D渲染。本发明可以在Android系统中实现GPU的虚拟化，不需要GPU厂家的特殊支持，即可在多个Android虚拟系统中共享使用本机的GPU，提高用户的操作体验，充分利用GPU资源，节省成本。同时，这种方式不限于某个具体的GPU型号，通常的ARM架构中的GPU都可以使用上面的方式。

说明书

技术领域

本发明涉及Andriod系统技术领域，具体涉及一种基于ARM架构实现GPU虚拟化的系统及方法。

背景技术

虚拟化在以x86 CPU为基础的系统中已经发展的非常成熟，无论是公有云还是私有云的应用都非常成熟和丰富。而随着以ARM架构CPU为核心的智能手机的发展，无论其CPU性能、GPU性能、还是内存都越来越强大，因此也产生了在ARM架构上做虚拟化业务的需求，同一套硬件可同时运行多套虚拟化Android系统，提高资源利用率，节省成本。

ARM架构下的系统做虚拟化，可以采用和x86架构下相同的模式。x86下通用的虚拟化方式是kvm+qemu，而ARM架构CPU也支持kvm功能，也可以采用kvm+qemu的方式来进行虚拟化，而唯一的不同点就在GPU的虚拟化上。

在x86架构下，GPU一般为Nvida，AMD或Intel的GPU，厂家提供的驱动原生已经支持了GPU虚拟化，方式是将物理GPU划分为更多的vGPU单元，然后分配给不同的虚拟机进行使用。而ARM架构下的GPU通常都是Mali架构的GPU，一是这个GPU是专门应用于Android系统的，从没有考虑过虚拟化的需求，二是这个GPU的驱动是闭源的，厂家只提供二进制的so动态共享库，在这种方式下，做ARM架构的GPU虚拟化会存在如下问题：

(1)、ARM架构的GPU不提供vGPU的方式，需要在驱动上层进行GPU的虚拟化操作；

(2)、ARM架构GPU厂家众多，很多厂家的驱动本身不支持通用linux系统，如ubuntu，而kvm+qemu的虚拟化方案需要运行在此类系统上；

(3)、ARM架构下的GPU驱动都为闭源，只提供动态库，为GPU的调试与再次开发带来困难。

发明内容

本发明正是针对上述问题，本发明提供一种基于ARM架构实现GPU虚拟化的系统及方法。

为实现上述目的，首先本发明提供一种基于ARM架构实现GPU虚拟化的系统，包括：虚拟机配置的第一软件模块，及宿主机配置的第二软件模块；所述第一软件模块包含各类应用程序App，所述第二软件模块具备3D渲染功能，可将第一软件模块中的App进行3D渲染。

较佳地，所述第一软件模块包括：

Kvm+QEMU，用于实现底层系统；

Android Kernel，在上面运行独立的Android Kernel内核，为Android系统提供服务；

Libraries，为Android系统中的共享库，与普通Android系统中的一致；

Android Runtime，为Android的运行时库，与普通Android系统中的一致；

vGPU Library，为虚拟机中模拟GPU的模块，实现一个软GPU的功能，为上层App提供3D渲染服务；

Application Framework，为Android系统框架，与普通Android系统的一致；

App，为在Android虚拟机中运行的各类应用。

较佳地，所述第二软件模块包括：

3D Render模块，3D渲染模块，运行于宿主机上，与虚拟机中的vGPU Library进行通讯，负责3D图形的整体渲染调用；

OpenGL ES Translator模块，运行于宿主机中，接收3D Render的渲染指令，并转换为本机的OpenGL接口；本地因为运行不同的GPU硬件和驱动，可能提供不同的OpenGL版本和接口，OpenGL ES Translator则根据情况进行适配和转换；

GPU Library模块，本机GPU的API接口库，由GPU厂家提供，与内核中的GPU Driver通讯，共同来实现GPU渲染功能；

GPU Driver内核模块，GPU厂家提供的GPU驱动，与GPU Library一同提供GPU功能。

本发明另一目的在于提供一种基于ARM架构实现GPU虚拟化的方法，包括步骤：

(1)App进行窗体等初始化后，如果要在窗体上进行3D图形绘制，先将3D渲染指令发送给vGPU Library；这一步是由Android系统来实现的，对于App来说则是透明的；

(2)vGPU库会与外部宿主机上的3D Render建立高速通道，因为都运行于同一套系统内部，可采用共享内存的传输方式，减少渲染指令及数据在内存中的复制次数；

(3)接下来，3D Render与本机的OpenGL ES Translator模块通讯，将指令再次转发给Translator模块；

(4)OpenGL ES Translator模块根据当前的主机系统和GPU配置，将渲染指令转换为不同的版本和格式要求，再次发送给本机上的物理GPU Library共享库；

(5)由GPU Library与内核中的GPU Driver共同来完成渲染指令的执行；

(6)渲染指令执行完成后，再按照上面的反顺序，将结果返回给App程序，完成一条渲染指令的执行。

采用上述方案，可以在Android系统中实现GPU的虚拟化，不需要GPU厂家的特殊支持，即可在多个Android虚拟系统中共享使用本机的GPU，提高用户的操作体验，充分利用GPU资源，节省成本。同时，这种方式不限于某个具体的GPU型号，通常的ARM架构中的GPU都可以使用上面的方式。

附图说明

图1是本发明系统中第一软件模块的框架图；

图2是本发明系统中第二软件模块的框架图；

图3是本发明虚拟化的方法流出图。

具体实施方式

为了便于本领域的普通技术人员能够理解并实施本发明，下面将结合附图对本发明实施例作进一步说明。

参考图1与图2，本发明提供一种基于ARM架构实现GPU虚拟化的系统，包括：两个部分，一部分是虚拟机中的软件架构，称之为第一软件模块，另一个部分是宿主机中的软件架构，称之为第二软件模块。

其中，所述第一软件模块包括：

Kvm+QEMU，底层系统由KVM+QEMU实现，与x86的虚拟化架构类似；

Android Kernel，在上面运行独立的Android Kernel内核，为Android系统提供服务；

Libraries，为Android系统中的共享库，与普通Android系统中的一致；

Android Runtime，为Android的运行时库，与普通Android系统中的一致；

vGPU Library，为虚拟机中模拟GPU的模块，实现一个软GPU的功能，为上层App提供3D渲染服务；

Application Framework，为Android系统框架，与普通Android系统的一致；

App，为在Android虚拟机中运行的各类应用。

其中，所述第二软件模块包括：

3D Render模块，3D渲染模块，运行于宿主机上，与虚拟机中的vGPU Library进行通讯，负责3D图形的整体渲染调用；

OpenGL ES Translator模块，运行于宿主机中，接收3D Render的渲染指令，并转换为本机的OpenGL接口；本地因为运行不同的GPU硬件和驱动，可能提供不同的OpenGL版本和接口，OpenGL ES Translator则根据情况进行适配和转换；

GPU Library模块，本机GPU的API接口库，由GPU厂家提供，与内核中的GPU Driver通讯，共同来实现GPU渲染功能；

GPU Driver内核模块，GPU厂家提供的GPU驱动，与GPU Library一同提供GPU功能。

参考图3，当虚拟机中的一个App需要进行3D渲染时，流程如下：

(1)、App进行窗体等初始化后，如果要在窗体上进行3D图形绘制，先将3D渲染指令发送给vGPU Library。这一步是由Android系统来实现的，对于App来说则是透明的；

(2)、vGPU库会与外部宿主机上的3D Render建立高速通道，因为都运行于同一套系统内部，可采用共享内存的传输方式，减少渲染指令及数据在内存中的复制次数；

(3)、接下来，3D Render与本机的OpenGL ES Translator模块通讯，将指令再次转发给Translator模块；

(4)、OpenGL ES Translator模块根据当前的主机系统和GPU配置，将渲染指令转换为不同的版本和格式要求，再次发送给本机上的物理GPU Library共享库；

(5)、最后，由GPU Library与内核中的GPU Driver共同来完成渲染指令的执行；

(6)、渲染指令执行完成后，再按照上面的反顺序，将结果返回给App程序，完成一条渲染指令的执行。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。