嵌入式多核環境中分區作業系統關鍵技術研究

《嵌入式多核環境中分區作業系統關鍵技術研究》是依託蘭州大學，由周睿擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：嵌入式多核環境中分區作業系統關鍵技術研究
• 依託單位：蘭州大學
• 項目負責人：周睿
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

本項目基於嵌入式多核系統通過虛擬化技術構建分區作業系統原型。虛擬化技術將物理資源抽象為邏輯表示，分區作業系統則對物理資源進行邏輯分配，實現時間和空間的隔離。當前嵌入式多核系統面對的套用需求日益多樣，需要通過軟體手段來發揮硬體資源的能力以解決不同需求的矛盾。本項目採用寄宿型Hypervisor對嵌入式多核硬體資源進行抽象和拓撲管理，以控制多核環境引入的硬體複雜性；採用半虛擬化實現降低套用對硬體的依賴性，從而增強可移植性。Hypervisor根據套用需求類型劃分分區，實現無鎖的分區通信機制，並參照ARINC 653標準分配時間和空間資源，基於周期和優先權對分區和任務進行調度，保證實時任務等關鍵服務的安全可靠以及非關鍵套用需求得到滿足。採用有限狀態機和形式化方法對系統模型進行理論抽象和驗證，保證系統的正確性和可用性。本項目提出的系統原型和技術方法將為嵌入式多核環境系統軟體研發提供理論和技術基礎。

結題摘要

本項目基於嵌入式多核系統通過虛擬化技術構建分區作業系統原型，具有豐富的實際工程價值。本項目針對其中的關鍵技術問題開展了研究與實現。針對記憶體管理和可靠性，實現了一種通用且易於操作的記憶體錯誤注入工具MEI，以及一種線上記憶體檢測器MEMDOG。針對資源隔離，一方面，實現了容器間的資源硬隔離，消除共用核心帶來的不安全因素，從而使容器技術能夠套用於安全攸關環境；另一方面，研究了用於連線埠隔離的自動分配連線埠方案，給Hypervisor增加了自動按照宿主機的連線埠分配系統生成連線埠使用方案的工具。針對分區的調度問題，提出了RCBW（Reservation of CPU Bandwidth，CPU頻寬預留）方案。針對分區間通信，對無鎖同步機制PWCS進行了研究和驗證，並著眼於系統抖動和延時，利用系統固有隨機性，設計實現了隨機數生成器DDSRNG，以滿足安全攸關套用需求。本項目研究成果有望對多核環境系統軟體的研發與套用提供理論和技術基礎。