高可信賴嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、進(jìn)入后PC時(shí)代,IT技術(shù)得到進(jìn)一步的發(fā)展.實(shí)時(shí)計(jì)算已經(jīng)滲透到越來(lái)越多的領(lǐng)域,例如自動(dòng)控制、航空航天、消費(fèi)電子、信息家電等.新的領(lǐng)域和應(yīng)用,特別是安全關(guān)鍵系統(tǒng),對(duì)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)提出了新的需求.其中最顯著的是:強(qiáng)實(shí)時(shí)、高可靠性和安全性.針對(duì)這幾個(gè)方面,國(guó)外正大力展開(kāi)研究,而國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究則較少.因此,研究并開(kāi)發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高可信賴嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)具有重要意義.良好的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu),能優(yōu)化系統(tǒng)的關(guān)鍵性能指標(biāo),并能均衡操作系統(tǒng)其它方面的性

2、能需求,保證操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn).本文第二章詳盡的分析了目前主流的操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及其優(yōu)缺點(diǎn),并進(jìn)一步研究了面向?qū)ο?、組件技術(shù)用于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)構(gòu)建的可能性與方法.本章中,我們還討論了多處理器實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵問(wèn)題.在此基礎(chǔ)上,我們提出了一種微內(nèi)核模型和分層模型相結(jié)合的、基于對(duì)象的多處理器實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu),并將其應(yīng)用于CRTOS Ⅱ的設(shè)計(jì)中.有力的可信性保障是嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)應(yīng)用于安全關(guān)鍵系統(tǒng)的必要前提.本文第三章從實(shí)時(shí)內(nèi)核

3、可靠性、時(shí)空隔離保護(hù)技術(shù)、信息安全和防危安全的角度,分析和研究了嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的可信性保障技術(shù).提高實(shí)時(shí)內(nèi)核的可靠性可以從三個(gè)方面入手.其一,引入容錯(cuò)實(shí)時(shí)調(diào)度算法,通過(guò)合理的資源預(yù)留,為系統(tǒng)的容錯(cuò)操作提供支持.其二,采用微內(nèi)核和層次化的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有利于提高代碼的可靠性和可維護(hù)性.其三,通過(guò)增強(qiáng)實(shí)時(shí)內(nèi)核本身的錯(cuò)誤處理機(jī)制,及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理潛在的問(wèn)題,以提高系統(tǒng)的可靠性.本文對(duì)容錯(cuò)實(shí)時(shí)調(diào)度算法進(jìn)行了深入的研究,提出了兩種新的基于檢查點(diǎn)的

4、容錯(cuò)實(shí)時(shí)調(diào)度算法CP-PRA和CP-FTRM,并將其應(yīng)用于CRTOS Ⅱ的設(shè)計(jì)中.處理器和內(nèi)存,是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中最重要的兩種資源.時(shí)空隔離從保證資源可用性的角度出發(fā),通過(guò)引入分離地址空間、處理器、內(nèi)存配額制等手段,試圖降低任務(wù)之間的依賴程度,將錯(cuò)誤限制在較小的范圍,以提高系統(tǒng)的可靠性.本文利用"保護(hù)域"的概念,提出一種統(tǒng)一的時(shí)空隔離機(jī)制,并將其應(yīng)用于CRTOS Ⅱ的設(shè)計(jì)中.最后本文研究了嵌入式實(shí)時(shí)內(nèi)核實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù).在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)并實(shí)