对嵌入式系统中内存保护的研究及其设计

摘要

简洁而高效的内存管理是操作系统理论及其设计实现中一个恒久的话题。操作系统发展至今，从当初简单的前后台系统到如今复杂的多用户多任务环境，内存管理的完善与否一直是评价一个操作系统好坏的重要标准。 在当今大多数的主机操作系统中(服务器和PC机)，内存管理都已实现的相当完善，不管是UNIX家族或者Windows系列，虚拟内存的设计思想被广泛应用于内存管理之中，不仅为系统中每一个进程提供了更为广阔的寻址空间同时也隔离每一个进程的寻址空间，通过地址映射的方式提供了一种有效的保护，让整个系统更加稳定，安全和健壮。 但是在嵌入式世界中，由于硬件资源受限以及实时性等多方面的原因，大多数系统中的内存管理都相当简单，所有的进程或任务和操作系统共享同样的物理地址空间并且没有任何保护机制。这样，一个进程出现了程序错误极可能影响到其他进程的运行，甚至很多时候破坏操作系统的运行空间导致整个系统的崩溃。更为糟糕的是在这样一个扁平模式的内存中，开发调试人员很难准确的定位究竟哪个程序才是造成错误的‘真凶’。 本文在分析了主机操作系统的内存管理后，将主机系统和嵌入系统在运行环境，系统资源，系统任务等多方面进行了对比，阐明了不能直接使用虚拟内存管理的原因，同时明确了在嵌入式系统中对内存保护的需求。在此基础上本文提出了一种在不改变原有操作系统内存管理格局的前提下，用软硬件相结合的方式对系统内存进行保护的新方法。在这种方法的保护下，系统中所有的进程将只能访问自己的内存空间而不能肆意去改写其他进程或操作系统的内存区域。一旦访问越界，会有一个由硬件促发的错误报告通知用户或开发人员，哪一个进程在怎样的上下文环境中出现了内存访问错误，这样可以极大的方便开发者对程序错误进行调试。由于实际工作的原因，本文主要针对无线通讯领域的一些大型嵌入式设备，如BSC，PCU或SGSN中的内存保护问题，同时兼顾解决方案的通用性，以求在做一些改动后能将其实现在其他的嵌入式平台上。 因为在通讯领域，Motorola PowerPC和VxWorks的组合是很多厂家的首选，因此本文基于这一平台对这种内存保护模式进行了详细设计及部分实现，并在此基础上对系统的优化提出了改进方案。

目录

文摘

英文文摘

1.绪论

2.嵌入式系统的独特性与其内存保护模块的需求分析

3.基于页面映射的内存保护方法

4.详细设计

5.试验与进一步的工作

6.总结

参考文献

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致谢