基于sCPU-dBUS体系结构的CPU-BUSs桥接器设计与实现

摘要

sCPU-dBUS体系结构是一种面向嵌入式应用的高安全性体系结构，是一种单CPU双总线体系结构。该体系结构在现行计算机体系结构的基础上，用本地总线和网络总线两条总线取代原有的一条总线。两条总线将计算机系统分为本地子系统和网络终端子系统。本地予系统主要包含本地存储模块，网络终端子系统主要包含网络模块和存储模块。sCPU-dBUS体系结构要求本地子系统和网络终端子系统间相互隔离，以防止来自网络的入侵危害到本地子系统，保证系统的安全性。为了满足sCPU-dBUS体系结构的安全性要求，本文设计并实现了CPU-BUSs桥接器。 CPU-BUSs桥接器的功能是保证同一时刻只有一条总线（本地总线或外设总线）与CPU保持连接，确保本地子系统和网络终端子系统的相互隔离。当CPU发出切换子系统指令时，CPU-BUSs桥接器可以立即切断当前总线与CPU的连接，并将另一条总线与CPU相连。CPU-BUSs桥接器的研制实现采用了SoC技术，符合相关SoC总线标准。 本文基于嵌入式系统层次模型将CPU-BUSs桥接器划分为三个层次：物理层，硬件抽象层和核心层。物理层的功能包括：CPU-BUSs桥接器硬件逻辑的设计实现以及仿真，并向上一层（硬件抽象层）提供控制协议；硬件抽象层的功能包括：实现对物理层的驱动，完成对CPU-BUSs桥接器硬件逻辑的封装，并向上一层（核心层）提供控制协议；核心层的功能包括：修改μC/OS-Ⅱ操作系统的任务分配方法，设计子系统切换任务工作流程，实现与CPU-BUSs桥接器相关的切换任务。 本文最后对CPU-BUSs桥接器的功能进行了系统测试。实验证明，CPU-BUSs桥接器较好的实现了本地子系统和网络子系统的隔离，并且能实时准确的完成子系统间的切换操作。CPU-BUSs桥接器满足sCUP-dBUS体系结构的要求，提升了系统的安全性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1选题的背景和意义

1.2网络安全隔离技术的发展历史和研究现状

1.2.1网际网络安全隔离技术

1.2.2单机网络安全隔离技术

1.2.3 sCPU-dBUS体系结构

1.3本论文的研究任务和创新

1.4本论文的组织结构

第二章安全结构智能网络终端

2.1嵌入式系统层次模型

2.2安全体系结构

2.3对CPU-BUSs桥接器的分层

第三章CPU-BUSs桥接器的物理层设计

3.1物理层描述

3.2 CPU-BUSs桥接器的结构

3.3 CPU-BUSs桥接器的实现

3.3.1写传输

3.3.2读传输

3.3.3设置工作区域标志

3.3.4总线通路建立

3.3.4系统复位

3.4 CUP-BUSs桥接器的仿真

3.4.1工作区域隔离

3.4.2对控制寄存器的读写

3.4.3工作区域切换

3.4.4系统复位

3.5向数据抽象层提供的协议

第四章CPU-BUSs桥接器的硬件抽象层设计

4.1硬件抽象层描述

4.2封装CPU-BUSs桥接器

4.3 CPU-BUSs桥接器的驱动程序

4.3.1 HAL系统库

4.3.2驱动程序设计

4.4向上层提供的协议

第五章CPU-BUSs桥接器的核心层设计

5.1核心层描述

5.2对μ C/OS-II的修改

5.2.1任务分配

5.2.2任务就绪表

5.2.3任务分配

5.3 SwitchArea任务

5.4 CPU-BUSs桥接器工作流程

第六章系统测试与分析

6.1系统硬件结构设计与实现

6.2测试实验

6.3实验结果

第七章总结与展望

附录

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢