基于微内核的操作系统设计以及嵌入式虚拟化应用的研究

摘要

目前，随着嵌入式处理器性能的大幅度提升，以及各种高带宽网络通信技术的逐渐普及，嵌入式虚拟化技术在军用、民用领域的应用已经初见端倪，但是并未形成统一的模式和固定的标准。各种微内核操作系统，也逐渐在诸如消费电子、汽车电子等系统定制领域，取得了巨大的成功，其微内核系统设计方法，也被众多设计人员和主流厂商所采纳。因此，本文研究目标之一是从设计方法的角度探讨微内核操作系统的设计原理和相关技术，并对微内核技术进行归纳和总结；研究目标之二是基于微内核设计方法探讨嵌入式虚拟化方案，以及嵌入式虚拟化平台的实现技术细节；研究目标之三是基于已有嵌入式虚拟化平台，构建安全可靠体系解决方案，对提升目前嵌入式系统比如3G/4G时代的手机平板和各种设备的安全性和可靠性，也有重要意义。　　本论文首先以微内核操作系统的设计方法为基础，依次讨论第一代微内核、第二代微内核、第三代微内核的设计思路以及工业界若干微内核的设计方法，并归纳微内核技术发展的方向和趋势。第一代微内核向第：代微内核演化的驱动力在于提高微内核性能：由于在第二代微内核设计过程中，过于强调性能而忽略了很多安全问题，在解决这些问题的过程中导致了第三代微内核的产生。论文特别指出，虚拟化已经成为当前微内核研究的主要方向之一。　　其次，讨论虚拟化技术和微内核技术的关系，并以嵌入式虚拟化为主要目标，论证所采用的嵌入式虚拟化主要采用半虚拟化和支持POSIXPSE51的Ⅰ型虚拟化基木方案。　　再次，设计并实现基于第：代微内核和第三代微内核系统的嵌入式虚拟化平台L4eRTL和L4eRTL.OC，其中包括内存虛拟化、中断虚拟化和定时器虚拟化等，并对运行情况和结果进行了测试和评佔.相对于第二代微内核的嵌入式虚拟化平台，基于第三代微内核的嵌入式虛拟化平台在安全可靠性方面有了人幅提升，能提供高的保护性和更严格的隔离性。并以本论文实现的嵌入式虚拟化平台为基础，提出了基于嵌入式虚拟化平台的一种可靠体系架构，并以PC步进电机控制系统作为可靠体系架构的应用实例。

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