一种异构多核处理器嵌入式实时操作系统构架设计

由于异构多核处理器和多处理器系统及同构多核处理器的构架存在很大差别,应用于多处理器系统的分布式结构以及应用于同构多核系统的主从式结构操作系统不能解决异构多核处理器的实时调度和效率问题。对异构多核处理器的特点及发展趋势进行了研究,提出了一种适用异构多核处理器的多主模式实时操作系统构架。这种构架将通信总线中的多主模式引入多核操作系统构架中,采用对称式结构及组件模式设计操作系统模型,使多核处理器中每个内核都可以作为主核实现对资源、任务的实时管理,提高系统性能,同时可以解决主从式操作系统存在的由于处理器核增多而带来的主内核不能满足系统性能要求的瓶颈问题。通过这种单一构架模型可以进行灵活配置,以适应不同结构及功能要求的处理器内核,降低操作系统开发难度。     

面向新一代众核处理器的高性能SNC的设计与验证

先进可扩展接口(AXI)是ARM公司推出的应用于高频系统的通道型总线,广泛应用于各种高性能SoC设计中.当前,通用处理器的主流是多核处理器,而多核处理器的主流是"通用DSP内核+应用专用核心"的异构融合结构.应用专用核心分为两种结构:同构多核和异构多核.在同构多核结构中,随着核数的增加,逐渐采用超节点结构,即在处理器中,几个内核构成一个超级节点,通过超级节点控制器实现片上网络与DSP内核之间的数据交互.在这项工作中,论文基于AXI总线,为新一代多核处理器设计了一种高性能、高带宽、低延迟的超级节点控制器.该超级节点控制器设计具有单独的读写数据通道,使用双向VALID和READY信号来实现握手机制,支持不对齐的数据传输、burst数据传输、广播操作、并支持乱序交易等.验证和综合结果表明,该超级节点控制器可以正确实现DSP内核与片上网络之间的数据交互,性能满足设计要求.     

一个分层隔离的操作系统内核

传统单块结构操作系统的所有内核代码在一个公共的、共享的地址空间运行,因此内核中任何一个漏洞或在内核中加载任何不可靠模块都会威胁到整个系统的安全。研究并实现了一个分层隔离的操作系统安全内核,将内核特权分割隔离,阻止内核安全漏洞的扩散,防止恶意内核模块代码对内核代码数据的随意篡改。原型操作系统完全自主开发,支持i386体系结构。     

凌久腾飞操作系统在DSP并行系统中的应用

针对并行数字信号处理应用,自主开发了一个满足用户需要的高性能分布式实时操作系统--凌久腾飞操作系统.介绍了凌久腾飞操作系统的结构、功能以及供用户使用的原语;简述了基于高性能数字信号处理器ADSP-TS201S开发的DSP并行系统,简称TS6并行系统;提供了在TS6并行系统上应用凌久腾飞操作系统的Mandelbrot Set图形显示实例,使用户了解了使用凌久腾飞操作系统开发的过程;最后,对凌久腾飞操作系统的性能进行测试、分析与总结.     

分层隔离的安全操作系统内核结构研究

传统单块结构操作系统的所有内核代码在一个公共的、共享的地址空间运行,因此内核中任何一个漏洞或在内核中加载任何不可靠模块都会威胁到整个系统的安全。本文提出了一个分层隔离的操作系统安全结构,该结构有效地将内核特权分割隔离,阻止内核安全漏洞的扩散,防止恶意内核模块代码对内核代码数据的随意篡改。原型操作系统完全自主开发,支持i386体系结构。内核模块隔离机制利用分段保护硬件机制保证安全微内核的不被篡改性,并在此基础上实现操作系统各服务功能模块的隔离。     

选择关键型业务计算平台

当前,用于关键型业务的计算平台有四种体系结构可供选择,它们是:小型网络服务器:通过网络相连接的多种小型独立服务器;大型SMP节点:运行于一个操作系统下的许多处理器及资源;群集的SMP节点:不同的节点运行同一种操作系统的不同实例,一个应用的多个实例可以运行在不同的节点,但共享某些存储装置和数据;大规模并行处理系统:操作系统和应用程序的许多独特势力运行于各个独立节点,通常没有任何共享资源,并以消息传送的方式进行通讯。     

基于知识的操作系统

‘第五代计算',例如程序设计环境与人一机接口方面的最新发展已暴露出当代操作系统不相适应.此外,当前设计的绝大多数操作系统都在单计算机(单处理器或多处理器)上运行并提供一个多程序设计环境.因此,这些操作系统不能充分发挥由高速局域网互连的计算机组成的新一类计算机系统所提供的全部潜力.本文介绍一个满足这些新要求的操作系统内核的建议,集中讨论一个具体方面——其知识库的设计.指出一个知识库可以支持更智能化的系统,而且这种知识库应是操作系统设计的核心.文中给出几个实例,说明如何使用知识库来支持更智能化的应用和为用户提供一个更好的环境.     

基于XML-Glue的可扩展脚本框架模型设计

介绍了嵌入式和欣操作系统Elastos。它是基于构件技术、支持构件化应用的操作系统,采用了支持动态加载、更换、卸载系统构件的灵活内核技术模型。在基于Elastos的CAR构件系统上,利用构件系统所具有的元数据和反射机制提出了一个可扩展的脚本框架。该脚本框架提出的意义在于：用户可以使用XML和脚本语言开发应用,用C/C＋＋开发逻辑构件,从而实现逻辑和界面的分离,这不仅加快了开发速度,而且有利于软件的升级。     

Webit四核处理器的性能分析

使用实时操作系统内核来进行多任务的管理,是目前嵌入式应用的一个趋势.面向设备的嵌入式应用由于其资源有限而受到严重的限制,单核处理器已经无法很好地满足一些实际应用.在8位AVR单片机基础上设计并实现了一个面向设备的抢占式实时多任务Webit四核处理器系统,它在总体上保留了Webit2.0内核的主要特性.webit四核处理器系统采用4个AT90S8515单片机,通过ISA总线相连,并行地处理多任务.实验结果表明其性能大大提高.     

基于ARM7的μC／OS-Ⅱ移植分析与实现

从不同以往的实时内核概念出发,研究了μC/OS-Ⅱ内核组成结构,包括了抢占式任务调度、任务间通信等高级功能.分析了ARM7处理器的移植关键逻辑部件,并通过μC/OS-Ⅱ内核对于ARM7处理器相关文件代码的移植分析和详细探讨,明晰了μC/OS-Ⅱ内核在ARM7处理器移植过程中的重点和难点问题.制定了严密移植代码调试步骤并且证明了移植的正确性,移植方法对ARM应用的操作系统移植具有普遍的指导意义.     

Linux内核系统调用扩展研究

系统调用是操作系统内核提供给用户使用内核服务的接口。Linux操作系统由于其自由开放性,用户可在原有基础上,添加新的系统调用,以便提供更多的服务。基于Linux2.4内核,文中研究了Linux操作系统系统调用的实现机制,并以基于数据库的文件系统功能扩展为例,说明系统调用扩展的实现过程。     

The kernel of the EMAS 2900 operating system

The role of the kernel of the operating system EMAS 2900 and the implementation of its functions are described in some detail. The significance of local scheduling policies and their implications on the design of the kernel are discussed with particular reference to paging management and scheduling control. It is shown that the concept of local and global control of resources can lead to a considerable simplification in the structure of an operating system kernel. The resulting operating system, EMAS 2900, provides interactive time-sharing services very effectively and efficiently to a large computing community.     

基于EP9315嵌入式Linux的移植

移植操作系统是开发嵌入式系统的前提和基础,Linux操作系统因为具有开放源代码、功能强大且易于移植等特点而成为嵌入式系统的首选。描述了将Linux移植到基于EP9315处理器目标板上的方法和过程。着重讨论在该开发板上的RedBoot和Linux内核移植的关键技术以及RamDisk文件系统的建立,并对移植过程中遇到的问题进行分析和总结。结果证明该方法是可行的,并且适用于其它ARM硬件平台的移植。     

基于系统调用序列学习的内核模糊测试

操作系统内核是计算机系统中最基本的软件组件, 它控制和管理计算机硬件资源, 并提供访问和管理其他应用程序所需的接口和服务. 操作系统内核的安全性直接影响整个计算机系统的稳定性和可靠性. 内核模糊测试是一种高效、准确的安全漏洞检测方法. 然而目前内核模糊测试工作中, 存在系统调用间关系的计算开销过大且容易误判, 以及系统调用序列构造方式缺乏合理能量分配以至于很难探索低频系统调用的问题. 本文提出以N-gram模型学习系统调用间关系, 根据系统调用的出现频次信息和TF-IDF信息优先探索出现频次低或者TF-IDF值高的系统调用. 我们以极低的开销, 在Linux 4.19和5.19版本的24 h实验中分别提升了15.8%、14.7%的覆盖率. 此外, 我们挖掘到了一个已知CVE (CVE-2022-3524)、8个新崩溃, 其中一个获得了CNNVD编号(CNNVD-2023-84723975).     

构件化动态可扩展操作系统的内核安全模型

灵活内核技术把构件技术充分地融入到了操作系统体系结构的设计中,在兼顾了性能和灵活性的同时也引入了安全问题.对灵活内核带来的安全问题进行了分析,讨论了几种现有的解决内核安全问题的技术,综合几种现有技术设计了一种基于页表机制和构件技术的内核安全模型,介绍了其在Intel x86处理器上的原型实现要点,最后对该模型进行了分析,说明其解决了所提出的安全问题.     

KGDB在基于ARM Linux的嵌入式系统中的应用

分析了KGDB的工作原理,讨论了KGDB在ARM Linux嵌入式系统上的实现,并以三星S3C2410处理器为例,给出了使用KGDB在ARM Linux上调试内核及模块的方法.该方法可移植性强,为在ARM Linux上从事内核及驱动程序开发的人员提供了源码级调试的有效手段.     

面向对象的离散事件仿真核的设计和实现

用面向对象的方法设计了一个离散事件仿真核。该仿真核独立于具体的应用，并提供编程的接口，用户只需重新定义这些编程接口即可对各种离散事件系统进行仿真，从而显著地降低了建立仿真系统的复杂性。该仿真核用C 语言实现，文中给出了一个仿真实例。     

虚拟磁盘服务软件框架设计

虚拟磁盘技术是数据存储虚拟化技术的一个重要组成部分。当前,开发新型虚拟磁盘驱动需要涉及到较多的操作系统内核编程,这对开发人员提出了较高的要求。研究了一种通用的虚拟磁盘服务软件的实现框架,此框架可对操作系统内核提供标准块设备接口,对用户态服务进程提供一组标准服务接口用于实现服务的注册和请求/应答的传递,从而实现了操作系统内核模块的通用性。最后,基于Linux的NBD驱动实现的原型系统验证了工作的实用性。     

基于S3C2410 上U-Boot 的移植与实现

操作系统内核移植是嵌入式系统开发的前提和基础,针对U-boot移植的复杂性和多样性,在分析了U-boot的文件结构和启动过程的基础上,选取了以SanSung公司的S3C2410为处理器的开发板,详细介绍了交叉编译环境的搭建、U-boot的移植、内核的烧写等过程。移植过程中将U-boot的功能与Linux的特点相结合,此方法具有移植速度快、内核修改简单、通用性强的特点。通过编译测试,成功实现了U-boot在S3C2410的移植,为其他U-boot的移植提供了一种参考。     

一个传感器网络结点EOS的设计与实现

近年来,嵌入式技术和无线网络的发展给无线传感器网络的实现提供了可能性.然而,传感器网络的结点是基于嵌入式设备的计算机系统,该系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求.因此,设计一种针对无线传感器网络结点的通用操作系统内核是当今该领域亟待解决的问题.本文首先分析了传感器网络结点任务的特殊性和多样性,在此基础上提出了一种针对传感器网络结点的通用实时嵌入式操作系统（SNNEOS）,阐述了该操作系统的系统构架、内核中断的管理和通信子系统的实现方式,论述了传感器网络结点操作系统关键问题.