基于ARM7的高可信系统核心模块数据通信的设计与实现

摘要

随着嵌入式系统逐渐被应用到航天、军事、生命监控等领域，人们对嵌入式系统的可信性要求越来越高，高可信嵌入式计算机系统设计与实现技术已成为人们重要的研究课题。嵌入式系统的高可信性是指系统具有高安全性、高可用性、高可靠性、高可维修性和高健壮性等特征。为了达到这些特性，嵌入式系统需要采取特殊的设计，大量运用容错和安全方面的技术。
　　本文在满足高可信性需求的嵌入式系统硬件基础上，深入分析了高可信嵌入式计算机系统采用的单板机冗余技术、高安全技术、冗余电源以及主机板管理技术等几项重要的关键技术。在此基础上，根据高可信嵌入式计算机系统中执行任务的关键单元ARM单板的硬件构成，为其移植了嵌入式Linux操作系统，编写了相应的驱动和应用软件，使得整个ARM单板可以良好的运行。
　　在移植方面，首先分析了BootLoader的重要概念、功能和框架，完成Boot-Loader设计与实现。接下来总结归纳了Linux移植的关键技术，并为基于三星S3C44B0X的ARM单板移植了μCLinux，裁剪了不需要的功能。这样减小体积的同时又不缺乏功能。为了解决与系统主机板通信和同步的问题，本文将具体的硬件抽象为操作系统中的设备，通过驱动程序提供了同步和通信功能。此外为了满足安全方面的要求，实现了单板完整性认证、单板自毁和数据加解密等功能。在移植MiniGUI的基础上，提供了良好的用户交互界面。
　　为了测试ARM单板的软件功能，本文将三模表决、完整性认证等功能整合于用户交互程序中，配合系统主机板，提供测试用例，完成了对单板机上各主要功能的测试。

目录

基于ARM7的高可信系统核心模块数据通信的设计与实现

The Design and Implement of Communication Between Core Modules in High Dependable Embedded Computer System Based on ARM7

摘 要

Abstract

目 录

第 1 章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的研究内容

1.4 本文的结构

第 2 章 嵌入式高可信计算机系统的构成

2.1 嵌入式高可信计算机系统总体架构

2.2 嵌入式高可信计算机系统的关键技术

2.2.1 容错技术

2.2.2 安全技术

2.2.3 总结

2.3 嵌入式高可信计算机系统工作流程

2.4 本章小结

第 3 章 ARM单板的嵌入式操作系统的分析与移植

3.1 ARM单板的硬件构成

3.2 嵌入式操作系统的要求

3.3 几种主流嵌入式操作系统的分析与比较

3.3.1 VxWorks

3.3.2 Windows CE

3.3.3 嵌入式Linux

3.3.4 本系统采用嵌入式Linux的分析

3.4 单板嵌入式操作系统的设计

3.4.1 CLinux移植的关键技术

3.4.2 存储空间的分配

3.4.3 BootLoader 的设计与实现

3.4.4 CLinux的移植

3.5 本章小结

第 4 章 单板关键软件的设计与实现

4.1 与主机板通信同步模块的设计与实现

4.1.1 通信模块的同步技术

4.1.2 同步原理

4.1.3 通信同步模块的实现

4.2 TPM的设计与实现

4.2.1 TPM安全机制的分析

4.2.2 关键数据的加解密

4.2.3 完整性认证

4.3 自毁模块的设计与实现

4.4 看门狗的设计与实现

4.5 单板管理系统的设计与实现

4.5.1 单板管理系统的功能需求分析

4.5.2 单板管理系统的结构与工作流程

4.5.3 管理系统的用户交互界面

4.5.4 中文支持

4.5.5 软件功能测试

4.6 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢