基于多处理器双总线体系结构的设计与实现

发布时间：2020-05-03 15:01

【摘要】：随着互联网逐渐深入到各行各业,网络安全问题正日益被人们所关注。敏感数据的被盗、隐私数据的曝光或者信用卡的信息、登陆账号和密码丢失等问题,使计算机网络安全性亦越来越引起人们的重视。许多专家学者更期望从新的技术领域来解决网络安全问题,而不是仅仅局限于已经形成的技术领域。单处理器双总线安全计算机体系结构(sCPU-dBUS)从改进计算机体系结构的角度,进一步的加强计算机系统的网络安全性,它的思路是将总线分为本地总线和网络总线两种类型,使用两条总线来取代传统的单总线结构,采用物理隔绝来保护敏感数据。随着人们对系统功能要求的逐渐增多,单处理器的性能逐渐不能满足人们的需求,因此本文在单CPU双总线安全计算机体系结构(sCPU-dBUS)的基础上提出了多处理器双总线安全计算机体系结构,来提高双总线体系结构计算机系统的性能。针对此安全体系结构在FPGA开发板-V6上进行了研究、设计与仿真。本文首先针对该体系结构的整体硬件设计进行了阐述,详细描述了总线桥接器、多处理器阵列、时钟、信号设置。同时,为保证增加的CPU阵列能够得到充分的使用,增强系统的健壮性,提出了一种基于浮动监督式的多CPU管理方式技术方案,该方案可以极大避免系统因单个CPU资源的崩溃而造成的整个系统的崩溃,并对整个体系结构进行了仿真实现。其次,由于该体系结构是面向嵌入式应用的新型计算机体系结构,与传统嵌入式体系结构相比较,该安全体系结构大大增强了系统的安全性,同时也拥有单总线嵌入式系统中所没有的硬件设计——总线桥接器,它是这种新型计算机体系结构中最重要的部分,传统的嵌入式操作系统的性能测试中,没有针对或者考虑到这种新型体系结构中总线桥接器及总线切换机制对系统的影响,也没有相应的指标来对其衡量,为方便后续研究改进总线桥接器,本文结合单总线嵌入式实时操作系统性能指标与该体系结构专有的总线切换机制的特点,设计切换延迟、系统转换以及系统间数据交换速率三个指标来对总线桥接器及系统切换机制的性能进行度量。最后,对该体系结构中总线桥接器及总线切换机制进行了测试,并对测试结果进行了分析。
【图文】：

体系结构图,体系结构,网络设备,计算机体系结构

阐述重要部件的结构设计与功能。 2.1sCPu一dBUS安全体系结构简介现行的计算机体系结构一般为冯诺依曼计算机体系结构。由图2.1可以看出，处理器、存储设备、网络设备、内存和外设等，在这种体系结构中都连接在同一条系统总线上，存储设备、网络设备和其他外设等等均在处理器的操纵下进行工作。这样的体系结构存在一个安全隐患，由于网络设备和本地设备同时连接在一条总线上，当非法用户通过网络或其他方式入侵本系统时，通过总线就可以控制所有设备，因此敏感数据就无安全可言。 CCCPUUUUU内存存存木地存储储储网络设备备备其他外设设系统总线图2.1冯诺依曼计算机体系结构针对现在的网络终端所存在的安全性问题，“安全结构智能网络终端技术”提出并实现了一种具有自主知识产权的面向嵌入式应用的新型计算机体系结构sCPU一dBUS，如图2.2所示。它是从改进计算机体系结构的角度来增强计算机系统的网络安全性

体系结构图,体系结构,总线,子系统

sCPU一dBUS体系结构中具有三种总线类型:本地、总线以及共享系统总线。器资源及键盘、鼠标等两个子系统共享使用的设备均连接在共享总线上，本地子总线和网络系统子总线通过总线桥接器来与共享总线相连接，在同一时刻有有一条总线与共享总线相连接。计算机系统根据本地系统子总线和网络系统子以及它们所拥有的不同设备，将整个系统划分为两个子系统:本地子系统和网系统。敏感数据等主要存储在本地子系统当中，网络模块和临时存储模块则在子系统之中。该体系结构的组织构成如下所示:处理器:本体系结构采用一个处理器，，本地子系统和网络子系统通过总线桥接来对处理器共享使用;总线桥接器[25，26]:总线桥接器的主要功能是保证网络子系统和本地子系统在的时刻可以获得处理器的使用权，并且保证两者不会同时与共享总线相连接线连接的选择由处理器控制控制寄存器决定，根据关键字的不同，与不同的相连接，从而实现本地子系统与网络子系统的隔离;主总线:主总线亦即共享总线，与两个子系统共享使用的相关设备相连接，示器、键盘、鼠标、CPU等不会影响系统的信息安全的设备。共享总线的一
【学位授予单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP303

【参考文献】