嵌入式实时操作系统内核混合代码的自动化验证框架

摘要

"如何构造高可信的软件系统"已成为学术界和工业界的研究热点.操作系统内核作为软件系统的基础组件,其安全可靠是构造高可信软件系统的重要环节.为了确保操作系统内核的安全可靠,将形式化方法引入到操作系统内核验证中,提出了一个自动化验证操作系统内核的框架.该验证框架包括:(1)分别对C语言程序和混合语言程序(C语言和汇编语言)进行验证;(2)在混合语言程序验证中,为汇编程序建立抽象模型,并将C语言程序和抽象模型粘合形成基于C语言验证工具可接收的验证模型;(3)从规范中提取性质,基于该自动验证工具,对性质完成自动验证;(4)该框架不限于特定的硬件架构.成功地运用该验证框架对两种不同硬件平台的嵌入式实时操作系统内核μC/OS-Ⅱ进行了验证.结果显示,利用该框架在对两个不同的硬件平台上内核验证时,框架的可重复利用率很高,高达83.8%,虽然其抽象模型需要根据不同的硬件平台进行重构.在对基于这两种平台的操作系统内核验证中,分别发现了10处~12处缺陷.其中,在ARM平台上两处与硬件相关的问题被发现.实验结果表明,该方法对不同硬件平台的同一个操作系统分析验证具有一定的通用性.