基于微内核虚拟化技术的高可靠性嵌入式软件平台研究

发布时间：2020-07-13 03:54

【摘要】： 随着嵌入式系统硬件性能的不断提高和软件功能的日益丰富,系统固有复杂度已经成为提高嵌入式系统可靠性的主要瓶颈。传统的嵌入式软件平台都是单操作系统方案,电子装设备可靠性依赖于所选择的操作系统、应用软件以及硬件平台的可靠性。传统的提高电子装设备可靠性的方法主要有两个:一是通过采用高可靠性实时操作系统和科学设计、严格测试提高应用系统的可靠性;二是采取硬件多余度设计,通过硬件冗余提高电子装设备可靠性。在普通的应用领域上述方法基本上足以解决可靠性问题,但在军事装备领域特别是可靠性要求极高的航空航天等关键领域,随着系统复杂度的不断提高,无论底层操作系统还是之上的应用软件都无法100%的保证系统的可靠性,潜在的BUG并不总是能发现,火星探测器“火星全球勘察者”号的故障就是一个明证。而硬件冗余的方法在一方面通过概率学原理提高可靠性的同时也不可避免的提高了硬件系统的复杂性,同时硬件冗余的方法在一些对空间和重量有严格要求的系统中应用会受到限制。以L4为代表的第二代微内核技术和虚拟化技术的发展和成熟为解决嵌入式系统可靠性问题带来了新的解决方案。充分利用富余的硬件计算和存储资源,通过资源分区、硬件抽象和高效的底层IPC,基于L4微内核的虚拟化技术通过操作系统级冗余,在不增加硬件代价的前提下为大幅度提高系统可靠性提供了技术可能。本文就基于L4微内核虚拟化技术提高系统可靠性,通过军事航空电子装备领域的电子对抗系统个案的模拟实现进行研究和探讨。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP368.1
【图文】：

图2一1嵌入式体系结构嵌入式系统主要由嵌入式处理器、嵌入式外围设备、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，如图2一1所示。从功能角度嵌入式系统是可独立工作的“器件”。嵌入式系统一般具有以下几个特点:软硬件可裁减。与通用计算机系统不同，嵌入式系统的软硬件模块都要根据具体应用进行裁减，在保证系统功能性的同时尽量使其小型化以适应系统可靠性、经济性要求。可靠性要求高。在恶劣环境、连续长时间工作、甚至部分模块故障、突然断电等特殊情况下，要求嵌入式系统仍然能够正常工作。强调实时性。在涉及工业控制、网络通信、信息家电、音视频处理等嵌入式应用领域，对嵌入式系统具有较高的实时处理能力要求，特别是

嵌入式系统是“控制、监视、或者辅助设备、机器和车间运行的装置”闭。一般具有软件代码小、高度自动化、响应速度快，可靠性要求高等特点。图2一1嵌入式体系结构嵌入式系统主要由嵌入式处理器、嵌入式外围设备、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，如图2一1所示。从功能角度嵌入式系统是可独立工作的“器件”。嵌入式系统一般具有以下几个特点:软硬件可裁减。与通用计算机系统不同，嵌入式系统的软硬件模块都要根据具体应用进行裁减，在保证系统功能性的同时尽量使其小型化以适应系统可靠性、经济性要求。可靠性要求高。在恶劣环境、连续长时间工作、甚至部分模块故障、突然断电等特殊情况下，要求嵌入式系统仍然能够正常工作。强调实时性。在涉及工业控制、网络通信、信息家电、音视频处理等嵌入式应用领域，对嵌入式系统具有较高的实时处理能力要求，特别是

Linux版本之间难于移植的问题，为此RTAI定义了一个实时硬件抽象层，实时任务通过这个抽象层提供的接口和Linux系统进行交互，这样在给Linux内核中增加实时支持时可以尽可能少地修改LinuX的内核源代码工’(j]。图2一4所示为RTAI系统结构。图2一 4RTAI系统结构2.3.2虚拟化技术虚拟化技术通过提供一个类似真实硬件环境，供可执行程序或操作系统运行，计算元件在虚拟的环境上而不是真实的环境上运行。对应的虚拟运行环境我们称之为虚拟机，虚拟机是有效的、隔离的真实硬件环境的一个副本。

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本文编号：2752922