基于RTEMS多核嵌入式系统安全性及引导技术研究

发布时间：2020-08-08 12:26

【摘要】：随着后PC时代嵌入式系统的广泛应用,一方面嵌入式系统的安全性日渐受到人们的关注,另一方面多核化已成为嵌入式系统的一个重要趋势。而RTEMS作为一款优秀的嵌入式实时操作系统,在航空航天等领域扮演者重要的角色,如何提高基于RTEMS嵌入式系统的安全性,并充分利用FPGA硬件平台采用一种高效的嵌入式系统引导手段,对于RTEMS嵌入式系统的应用将有重大的意义。本文首先介绍了基于SOC的IP软核设计技术和嵌入式系统的特点,在几种嵌入式实时操作系统的性能比较中,提出了采用RTEMS嵌入式操作系统的理由。在分析目前国内外主要的身份认证技术后,提出了基于RTEMS嵌入式系统的动态身份认证机制。其次,本文详细介绍了RTEMS嵌入式系统的四核平台的搭建。包括硬件平台和软件平台的设计与实现。其中,硬件平台主要介绍了基于SPARC架构LEON3四核系统的设计与FPGA配置验证;软件平台主要介绍了RTEMS交叉编译工具链的搭建,RTEMS内核的编译。随后,通过RTEMS应用程序来测试整个多核平台的合理性。然后,重点介绍了基于事件同步的动态身份认证机制,包括客户端和认证服务器端的详细设计,并分析了如何构建基于RTEMS嵌入式系统的日志系统,以提高RTEMS嵌入式系统的安全性。最后,提出了基于System ACE配置方式,从CF卡加载位流文件配置FPGA和引导加载RTEMS内核的方案,极大地提高了RTEMS嵌入式系统的灵活性和易用性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TP368.11
【图文】：

应用模型,嵌入式系统,图形控制器

包括硬件和软件两部分，它是一个有专门用途的产品。硬件包括处理器（理器）、存储器及 I/O 外设、图形控制器等。软件部分包括嵌入式操作系统（要求实时和多任务）和应用软件。应用程序控制着系统的运作和行为，作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。有时把这两种软件组合在一般地，在嵌入式系统中有三种应用模型，如图 1-1 所示。

结构框图,结构框图

Figure2-1 LEON3 Processor architecture chartLEON 软核通过集成一套丰富的接口和运算单元 IP 库性。除了处理器本身可配置外，还有多种标准外设可以选择置参数包括流水线的深度、地址和数据高速缓存(Cache)。令序列可以根据定制的硬件进行优化；在设计或配置新运集进行扩展。在导航系统 SoC 芯片设计中，通过配置 LEO单元以实现较高的运算性能；而在其他某些使用软件乘除用中无需配置，以降低功耗和优化芯片面积。外围设备接口总线来实现。LEON3 的 AMBA-AHP 总线上能够灵活选择太网控制器和GRETH以太网控制器中的任意一个。针对导总线接口设备，在 LEON 中通过配置 GRl553 单元完成 1553总线的转换，为 1553 总线没备的集成提供了方便。而优异硬件设计极大的灵活性，为嵌入式操作系统的移植带来了一展了指令集的情况下)。所以要根据具体要求来选择适当能、功耗和面积的平衡和优化的极大化。硬件加速单元(如

软核,可配置

图 2-2 LEON3 软核可配置结构Figure2-2 LEON3 soft core configuration structure前，LEON3 处理器因为开源、高性能、采用 AMBA 总线易扩展备等因素，在国内外大学及科研院所的科研活动中得到广泛应用软核嵌入在可编程器件中，作为构建 SoC 芯片的控制和运算中心容错版本也已经用在了空间站上。 LEON3 多核平台的设计ON3 多核平台的硬件架构采用的是 SMP 技术，SMP 是指在一个了一组处理器，各处理器之间共享同一个操作系统、内存子系统 I/O 系统等，它是相对于非对称多处理技术而言的应用十分广泛在这种架构中，一台计算机不再由单个处理器组成而同时由多个作系统的单一复本，并共享内存和一台计算机的其他资源。虽然处理器，但是从管理的角度来看，它们的表现就像一台单机一样队列对称地分布于多个处理器之上，从而极大地提高了整个系统力。所有的处理器无主从之分，都可以平等地访问内存、I/O 和

【参考文献】