高可信賴嵌入式操作系統(tǒng)內核的研究與實現.pdf

1、進入后PC時代,IT技術得到進一步的發(fā)展.實時計算已經滲透到越來越多的領域,例如自動控制、航空航天、消費電子、信息家電等.新的領域和應用,特別是安全關鍵系統(tǒng),對嵌入式實時操作系統(tǒng)提出了新的需求.其中最顯著的是:強實時、高可靠性和安全性.針對這幾個方面,國外正大力展開研究,而國內的相關研究則較少.因此,研究并開發(fā)自主知識產權的高可信賴嵌入式實時操作系統(tǒng)具有重要意義.良好的操作系統(tǒng)結構,能優(yōu)化系統(tǒng)的關鍵性能指標,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)設計目標的實現.本文第二章詳盡的分析了目前主流的操作系統(tǒng)體系結構及其優(yōu)缺點,并進一步研究了面向對象、組件技術用于實時操作系統(tǒng)構建的可能性與方法.本章中,我們還討論了多處理器實時操作系統(tǒng)設計與實現的關鍵問題.在此基礎上,我們提出了一種微內核模型和分層模型相結合的、基于對象的多處理器實時操作系統(tǒng)結構,并將其應用于CRTOS Ⅱ的設計中.有力的可信性保障是嵌入式實時操作系統(tǒng)應用于安全關鍵系統(tǒng)的必要前提.本文第三章從實時內核

3、可靠性、時空隔離保護技術、信息安全和防危安全的角度,分析和研究了嵌入式實時操作系統(tǒng)的可信性保障技術.提高實時內核的可靠性可以從三個方面入手.其一,引入容錯實時調度算法,通過合理的資源預留,為系統(tǒng)的容錯操作提供支持.其二,采用微內核和層次化的操作系統(tǒng)結構有利于提高代碼的可靠性和可維護性.其三,通過增強實時內核本身的錯誤處理機制,及時發(fā)現和處理潛在的問題,以提高系統(tǒng)的可靠性.本文對容錯實時調度算法進行了深入的研究,提出了兩種新的基于檢查點的

4、容錯實時調度算法CP-PRA和CP-FTRM,并將其應用于CRTOS Ⅱ的設計中.處理器和內存,是實時操作系統(tǒng)中最重要的兩種資源.時空隔離從保證資源可用性的角度出發(fā),通過引入分離地址空間、處理器、內存配額制等手段,試圖降低任務之間的依賴程度,將錯誤限制在較小的范圍,以提高系統(tǒng)的可靠性.本文利用"保護域"的概念,提出一種統(tǒng)一的時空隔離機制,并將其應用于CRTOS Ⅱ的設計中.最后本文研究了嵌入式實時內核實現的關鍵技術.在此基礎上,設計并實