01 串口及虚拟化需求背景

串行接口（简称串口）是采用串行通信协议的扩展接口，核心功能为数据传输，包括操作系统启动日志输出、故障信息上报及用户操作指令下发等场景。硬件层面，多数控制器板载UART（通用异步收发器）数量通常仅1个，且部分服务器主板未对外开放串口，需通过主板针脚或USB-转-串口转换器引出。在多操作系统的嵌入式实时虚拟机场景中，ZVM及各客户OS均需独立串口用于调试，物理串口数量不足的问题尤为突出，因此串口虚拟化功能的开发具有重要工程意义。

ZVM串口虚拟化技术本质是基于物理串口的资源复用方案，通过在有限物理串口硬件基础上，为各客户OS模拟出与真实硬件串口功能一致的虚拟串口。ZVM作为核心控制层，构建数据中转机制，按需建立客户OS与物理串口间的数据传输通路，实现多客户OS对单一物理串口的高效共享，无需额外配置即可保障各OS间的操作隔离。

02 核心技术机制：模拟与转发

ZVM 串口虚拟化依赖“模拟”与“转发”两大机制的协同，确保客户 OS 在无需感知差异的情况下稳定运行。

（一）模拟机制

模拟机制的核心是ZVM对物理串口的功能仿真，通过精准拦截客户OS对串口寄存器的所有操作，模拟物理串口的响应行为，使客户OS无法感知虚拟串口与物理串口的差异。

RX 数据接收：ZVM先缓存物理串口接收的数据流，待数据达到预设阈值后，主动向客户OS发送“数据就绪”中断信号。客户OS响应中断并执行读操作时，ZVM直接将缓存数据传输至客户OS，全程模拟物理串口的数据接收流程，如图1所示。

图1. RX 模拟示意图

TX 数据发送：客户OS下发的发送数据会被ZVM实时拦截并缓存，随后ZVM向客户OS返回“发送成功”的反馈信号，保障客户OS可连续发起数据发送操作。缓存完成后，ZVM再通过物理串口将数据转发至目标设备，实现发送流程的透明化仿真，如图2所示。

图2. TX 模拟示意图

（二）转发机制

转发机制基于物理资源分时复用思想，由ZVM统一掌控物理串口的访问权限，根据用户指令实现物理串口与目标客户OS的动态连接与断开。

● 建立连接 (zvm look n)

调试过程中，用户通过串口控制台输入指定连接命令（如“zvm look 1”），ZVM接收指令后，立即建立串口控制台与1号客户OS间的专属数据传输通道，此时物理串口由该客户OS独享，确保输入输出数据的独立性，避免与其他客户OS混淆，如图3所示。

图3. 建立连接示意

● 安全断开 (ctrl+x)

当需切换访问对象时，用户通过快捷键“ctrl+x”发起断开请求，该指令由ZVM精准拦截，不会传递至当前连接的客户OS，确保断开操作的安全性。连接断开后，物理串口恢复空闲状态，用户可通过相同命令为其他客户OS建立连接，实现“按需分配、高效复用”，如图4所示。图5展示了该机制的实际运行效果。

图4. 串口空闲状态

图5. 虚拟串口实际运行演示效果

03 技术优势总结