基于微内核虚拟化的设备驱动研究与优化

摘要

随着嵌入式设备的广泛应用,用户对其要求也越来越高,其资源利用率问题越来越明显。日趋复杂的嵌入式系统,其高效性、安全性、可靠性等如何实现的难题,使得面向嵌入式的虚拟化解决方案成为了研究的热点。设备虚拟化作为虚拟化解决方案的重点,同时也是决定性能的关键因素,更是可靠性的决策因素。
　　在比较与分析现有的设备驱动模型的基础上,指出了各技术方案的优缺点及适用场合。针对嵌入式设备对虚拟化的特殊要求,引进了L4/Fiasco微内核作为虚拟化平台,并在Client/Server设计模式的基础上给出了一种新的虚拟设备驱动优化方案,从可靠性、安全性、高效性和可移植性四个方面设计并优化了设备驱动,通过对服务模块作更小粒度的功能细分来降低服务模块与应用程序、硬件设备的耦合度,简化Client/Server驱动设计提高可移植性,另外还设计了Server快速恢复机制来增强系统的可靠性;利用微内核提供的能力机制设计权限访问来提高系统安全性;在微内核提供高效IPC机制前提下,利用地址映射实现共享内存传递数据,简化Client/Server服务通信的路径,减少数据拷贝的次数,实现了大数据量的快速传递,提高系统的效率。
　　最后以NAND FLASH设备为例,对方案进行了驱动优化,并在Devkit8000平台下,通过几个测试用例,验证了其功能及性能。实验结果表明不仅实现了微内核架构中多虚拟机间驱动共享的功能,而且提供了高效、安全、可靠的虚拟设备服务。

目录

声明

1绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.3存在的问题及分析

1.4论文研究内容

1.5论文组织结构

2相关技术研究

2.1微内核虚拟化技术

2.1.1设计思想

2.1.2微内核架构

2.1.3微内核特点及应用前景

2.2驱动模型研究

2.3方案比较及选择　

2.4本章小结

3基于L4/Fiasco的设备驱动设计与优化

3.1设计原则及目标

3.2整体框架设计

3.3可靠性设计

3.3.1改进型Client/Server

3.3.2Server恢复机制

3.4安全性设计

3.4.1隔离机制

3.4.2访问控制

3.4.3服务器共享设计

3.5高效性设计

3.5.1高效IPC

3.5.2内存共享数据传输

3.6可移植性设计

3.7本章小结

4NANDFlash设备驱动的优化与配置

4.1NANDFlash概述

4.2L4/Fiasco环境中的NANDFlash驱动优化

4.2.1NANDFLASH驱动架构设计

4.2.2功能子模块设计

4.2.3接口设计

4.3NANDFlash驱动配置

4.4本章小结

5系统搭建与性能评测

5.1系统搭建

5.2测试

5.3测试结果与分析

5.3.1测试结果

5.3.2性能分析

5.3.3其他分析

5.4本章小结

6总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

附录1攻读学位期间发表论文目录