一种可裁剪的安全实时嵌入式操作系统技术方案

本发明专利技术涉及一种可裁剪的安全实时嵌入式操作系统，其包括任务管理模块、中断管理模块、内存管理模块、消息管理模块、事件管理模块、信号量模块、错误管理模块、定时管理模块、应用模块、文件系统模块、协议栈模块、适配封装组件模块和显示接口模块，任务管理模块、中断管理模块、错误管理模块和内存管理模块是操作系统中不可裁剪部分，其它的各个模块均可根据应用需要进行静态的添加或者删除。本发明专利技术解决了在嵌入式操作系统设计中面临的实时性、安全性以及可裁剪性问题。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种可裁剪的安全实时嵌入式操作系统，其包括任务管理模块、中断管理模块、内存管理模块、消息管理模块、事件管理模块、信号量模块、错误管理模块、定时管理模块、应用模块、文件系统模块、协议栈模块、适配封装组件模块和显示接口模块，任务管理模块、中断管理模块、错误管理模块和内存管理模块是操作系统中不可裁剪部分，其它的各个模块均可根据应用需要进行静态的添加或者删除。本专利技术解决了在嵌入式操作系统设计中面临的实时性、安全性以及可裁剪性问题。【专利说明】一种可裁剪的安全实时嵌入式操作系统
本专利技术涉及一种可裁剪的安全实时嵌入式操作系统，属于计算机系统
。
技术介绍
嵌入式操作系统被广泛的应用于各类微处理器中，用于整个嵌入式系统的全部软、硬件资源分配、任务调度、消息分配、调测、界面显示等。嵌入式操作系统在民用电子产品，如手机、电视、智能设备，以及工业装备甚至军用设备与仪器中随处可见，并且随着电子设备复杂度与集成度的提高，嵌入式操作系统的应用会更加普遍。 嵌入式操作系统的设计，要解决如下技术问题: 1.实时性 嵌入式操作系统的实时性，一方面是指系统的运行有很强的确定性，必须要在限定的时间点完成特定的任务，否则可能会有异常发生。另一方面是指从事件发生到事件被响应的时间非常短，也即操作系统能对事件做出即时的反应。 2.安全性 嵌入式操作系统的安全威胁主要来自三个方面:其一是非法对代码的篡改；其二是操作系统自身的健壮度，如堆栈溢出的处理、异常的处理与恢复、死锁等；其三是操作系统对异常捕获的能力。 3.可裁剪 由于嵌入式芯片以及嵌入式产品的多样性，嵌入式操作系统必须具有高度的可裁剪性，从而能适应不同的应用场景。 目前，最典型的嵌入式系统一般按如图1的方式组成，最底层的硬件是指以某款具体芯片或处理器为核心的集成电路模块；操作系统是整个嵌入系统的调度器与管理器；驱动与适配软件向上层提供了与芯片及其外围电路相关的特定接口 ；应用层软件基于操作系统及驱动与适配软件实现了具体的行业应用。目前市场上主要的嵌入式实时操作系统有RTLinux, uc/OS、Vxworks, QNX、pSOS、OS/9、VRTX, eCOS 等。。 本专利技术提出了一种典型的嵌入式操作系统，解决了在嵌入式操作系统设计中面临的实时性、安全性以及可裁剪性问题。
技术实现思路
本专利技术提供的一种可裁剪的安全实时嵌入式操作系统，其包括任务管理模块、中断管理模块、内存管理模块、消息管理模块、事件管理模块、信号量模块、错误管理模块、定时管理模块、应用模块、文件系统模块、协议栈模块、适配封装组件模块和显示接口模块，其特征在于，所述的任务管理模块、中断管理模块、错误管理模块、和内存管理模块是操作系统中不可裁剪部分，其它的各个模块均可根据所述应用模块需要进行静态的添加或者删除。 进一步，作为优选，，所述的任务管理模块在该可裁剪的安全实时嵌入式操作系统中最基本的单位是任务，通过操作系统的任务管理，多个任务并发运行，交替获得CPU时间； 所述的中断管理模块是对外部事件做出响应并转到用户程序开始执行的管理模块； 所述的内存管理模块采用固定内存块大小的内存管理机制，支持动态分配内存，提供消息内存池管理机制； 所述的消息管理模块是每个任务包括中断任务或优先级任务，都拥有一个自己的消息队列，每一个任务要想通过发送消息与另一个任务进行通信或同步前，需首先获知目的任务的任务ID，然后以该目的任务的任务ID作为参数之一，调用为操作系统提供发送消息的系统，把消息发送到专属于目的任务的消息队列中； 所述的事件管理模块中，事件是依附于任务存在的，每个任务的控制模块中都包含一个32比特的事件标志，每个比特代表一个事件，高位16bit的定义由操作系统内部保留，低位16bit的内容由用户定义，一个任务可以向另一个任务发送一个或多个事件，发送时需要指定目的任务的任务ID ； 所述的信号量模块用于任务间的同步或互斥，但不能传递数据，信号量是独立于任务存在的实体，每一个信号量拥有自己独立的控制结构，信号量的控制结构可以在创建信号量时由系统从系统内存池中分配； 所述的错误管理模块可以对系统调用参数的合法性、系统调用的调用时机、调用者的合法性、任务堆栈溢出进行检查，并向上层应用报告错误的原因； 所述的定时管理模块通过与硬件的定时机制结合，为整个操作系统提供了全局的定时基准； 所述的文件系统模块用于满足系统中数据存储的各种要求，且所述的文件系统并不被置于操作系统的内核部分，而是作为操作系统的可选组件； 所述的协议栈模块屏蔽常见协议栈的实现细节，向开发者提供统一的调用接口 ； 所述的适配封装组件模块用于对原有的不同的操作系统提供统一的程序调用接Π ； 所述的显示接口模块使操作系统向用户输出并显示相关信息。 进一步，作为优选，所述的可裁剪的安全实时嵌入式操作系统采用基于事件触发的可抢占式调度设计，在每一次事件发生时，由调度器去寻找系统中优先级最高的任务来执行，保证优先级最高的任务能在第一时间得到响应。 进一步，作为优选，所述的事件包括外部中断、发送信号量、发送消息、定时溢出、主动切换、用户事件。 进一步，作为优选，所述的可裁剪的安全实时嵌入式操作系统采用独立堆栈设计和集中式错误处理方式； 所述的独立堆栈设计具体为每个任务都有自己独立的任务控制块及堆栈，都是从系统内存池中分配的内存块； 进一步，作为优选，所述集中式错误处理方式是指所有的错误都会被操作系统接管，并且由操作系统统一处理，当错误在进程的某个应用中发生后，应用向操作系统内核抛出错误，由操作系统的错误处理模块接管，记录并且上报错误码、错误原因信息，而后根据是否是一个系统的致命错误来决定是否返回应用继续执行，如果发生了一个致命错误，则系统将完全被错误处理模块接管，不能再返回应用执行。 进一步，作为优选，所述的可裁剪的安全实时嵌入式操作系统还包括堆栈溢出检测，在每个任务的堆栈的栈底，有一小块内存作为该任务的溢出检测标志，在堆栈初始化时，溢出标志被初始化为一个固定的数值，在每次发生与该任务相关的任务切换时，包含从另一任务切换到该任务，从该任务切换到其它任务，由操作系统检查该溢出标志的值，如果发生改变，则向操作系统上报一个致命错误，否则进行正常的切换。 本专利技术提出的一种典型的嵌入式操作系统的框架设计方法，解决了在嵌入式操作系统设计中面临的实时性、安全性以及可裁剪性问题。 【专利附图】【附图说明】 图1为典型的嵌入式系统组成。 图2为本专利技术嵌入式操作系统的框架。 图3为本专利技术时间片轮转调度。 图4为本专利技术的基于位映射的优先级快速查询的位映射图。 图5是独立堆栈图示。 图6是分布式错误处理图。 图7是集中式错误处理。 图8是堆栈溢出检测图。 【具体实施方式】 本专利技术所设计的嵌入式操作系统的框架如图2所示:其包括任务管理模块、中断管理模块、内存管理模块、消息管理模块、事件管理模块、信号量模块、错误管理模块、定时管理模块、应用模块、文件系统模块、协议栈模块、适配封装组件模块和显示接口模块，其特征在于，所述的任务管理模块、中断管理模块、错误管理模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可裁剪的安全实时嵌入式操作系统，其包括任务管理模块、中断管理模块、内存管理模块、消息管理模块、事件管理模块、信号量模块、错误管理模块、定时管理模块、应用模块、文件系统模块、协议栈模块、适配封装组件模块和显示接口模块，其特征在于，所述的任务管理模块、中断管理模块、错误管理模块、和内存管理模块是操作系统中不可裁剪部分，其它的各个模块均可根据所述应用模块需要进行静态的添加或者删除。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何宗彬，
申请(专利权)人：何宗彬，
类型：发明
国别省市：四川;51