星載操作系統(tǒng)關(guān)鍵路徑軟加固技術(shù)研究.pdf

1、現(xiàn)今，越來越多的嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)應(yīng)用到各行各業(yè)中，給我們的生活帶來很大便利。但這些系統(tǒng)正在變得日益復(fù)雜，并且對(duì)可用性、可靠性、安全性等非功能特性都有嚴(yán)苛要求。同時(shí)，由于時(shí)間限制因素，實(shí)時(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成為挑戰(zhàn)。而使用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)恰能有效地解決上述難題，因?yàn)槠淇梢蕴岣唛_發(fā)效率，增強(qiáng)系統(tǒng)的非功能特性，同時(shí)簡化實(shí)時(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。所以在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)正在被越來越廣泛的使用。星載應(yīng)用作為一種典型的嵌入式系統(tǒng)，上述難題更加凸顯，所以也必

2、將大量使用到嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。
　　然而空間高能粒子輻射所導(dǎo)致的單粒子效應(yīng)嚴(yán)重影響星載系統(tǒng)的可靠性。由其引起的硬件瞬時(shí)故障可能會(huì)導(dǎo)致程序走飛、死鎖或者計(jì)算錯(cuò)誤等后果。所以必須采取有效措施應(yīng)對(duì)單粒子效應(yīng)。相較于使用抗輻射器件，使用“商用器件+軟加固”這一技術(shù)路線具有性能高、功耗小、成本低、開發(fā)速度快等優(yōu)勢，成為當(dāng)下研究熱點(diǎn)。軟加固是一種軟件容錯(cuò)技術(shù)，以軟件手段容硬件之錯(cuò)，在軟件層次實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤檢測和恢復(fù)。然而，目前所研究的軟加固技術(shù)，

3、主要適用于應(yīng)用程序，已取得不少卓有成效的研究成果。而對(duì)操作系統(tǒng)軟加固方法的研究現(xiàn)在才剛剛起步，成果還較少。我們擬對(duì)星載操作系統(tǒng)的軟加固方法進(jìn)行有益的探索。
　　本文首先明確了容錯(cuò)的概念，并對(duì)面向瞬時(shí)故障的容錯(cuò)技術(shù)進(jìn)行了分類，全面總結(jié)了面向瞬時(shí)故障的軟件容錯(cuò)技術(shù)。接著研究了星載操作系統(tǒng)的特點(diǎn)及操作系統(tǒng)容錯(cuò)的研究現(xiàn)狀，為下一步工作奠定基礎(chǔ)。
　　然后，本文研究了星載操作系統(tǒng)所具有的一般功能機(jī)制，并選取一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) SY

4、S/BIOS作為具體研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行了較為深入全面的源碼分析，總結(jié)出其各機(jī)制的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。
　　在前面研究的基礎(chǔ)上，本文提出了一個(gè)星載操作系統(tǒng)軟加固框架。該框架包括內(nèi)部檢測和外部檢測兩種機(jī)制，內(nèi)部檢測機(jī)制是指線程在執(zhí)行過程中自己檢測自己，而外部檢測機(jī)制則由一個(gè)線程周期性地檢測其它線程的執(zhí)行。這兩種機(jī)制又分別包括幾個(gè)軟加固方法。各機(jī)制內(nèi)的軟加固方法相互協(xié)調(diào)，有機(jī)統(tǒng)一。而兩種機(jī)制間又能夠互為補(bǔ)充，相互配合，共同實(shí)現(xiàn)對(duì)星載操作系統(tǒng)的軟加