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      Cortex-M3內核的μC/OSII性能研究

      ? 2012年02月27日 09:41 ? 次閱讀

        引言

        μC/OSII是基于優先級的可剝奪型內核,系統中的所有任務都有一個唯一的優先級別,它適合應用在實時性要求較強的場合;但是它不區分用戶空間和系統空間,使系統的安全性變差。而移植到CortexM3內核上的μC/OSII系統一般是運行在特權級下,以至于應用程序也可以訪問操作系統的變量和常量,這樣使得系統的安全性與穩定性變得更差。

        根據CortexM3內核的特點,對μC/OSII操作系統的安全性和穩定性進行研究。利用CortexM3內核上選配的MPU(Memory ProtecTION Unit,存儲器保護單元),對μC/OSII操作系統做適當的改進與優化。經測試,系統的安全性與穩定性得到很大的提高。

        1 開發壞境

        采用IAR5.30作為開發環境,移植μC/OSII2.86到CortexM3內核,選用配置了MPU(Memory ProtecTIon Unit,存儲器保護單元)的LPC1786處理器作為硬件實驗平臺,對操作系統的安全性和穩定性進行改進與優化。

        2 CortexM3內核簡介

        在CortexM3內核*有兩個堆棧指針:主堆棧指針(MSP),是系統上電后缺省的堆棧指針,它由OS內核、異常服務例程以及所有需要特權訪問的應用程序代碼來使用;進程堆棧指針(PSP),用于常規的應用程序代碼(不處于異常服務例程中時)。

        CortexM3處理器支持線程模式和處理模式兩種工作模式,有特權級與用戶級兩個訪問等級。異常處理總是工作在處理模式,只可使用主堆棧指針。處理模式總是在特權級下運行,而線程模式可在特權和用戶級下運行。系統復位時總是處于線程模式的特權方式下,并且默認使用的堆棧指針是MSP。在用戶級下,對特殊功能寄存器和系統控制空間(SCS)的大部分寄存器的訪問是禁止的[2]。

        經實驗驗證,在用戶級下使用MSR、MRS指令訪問特殊功能寄存器(CONTROL等),這些指令被當作NOP指令(空指令)執行,而對系統控制空間(SCS)寄存器訪問會產生精確的總線訪問異常。

        另外,CortexM3內核還可以選配MPU(如LPC1700系列、LM3S系列處理器),用于對存儲器進行保護。設定一塊內存的訪問權限,對系統的安全性有很好的幫助。

        3 μC/OSII內核簡介

        μC/OSII是一個可移植、可固化、可裁剪的搶占式實時多任務內核。大部分用ANSI C語言編寫,只有一小部分與硬件相關的代碼用匯編語言編寫。至今,μC/OSII已經在40多種不同架構的微內核處理器上移植成功[4]。μC/OSII內核只提供了任務調度、任務管理、時間管理和任務間通信等基本功能,體系結構如圖1所示。進行系統移植時,只需要修改OS_CPU_C.C、OS_CPU.H、OS_CPU_A.ASM這3個文件即可。

        

      μC/OSII體系結構

       

        圖1 μC/OSII體系結構

        4 μC/OSII操作系統移植的改進

        μC/OSII*****提供的基于CortexM3內核移植的μC/OSII系統一直工作在特權級下。這樣做的好處是,系統不用頻繁地切換訪問等級,而且開關中斷很快,利于實時性的實現;但是應用程序(用戶任務)也可以訪問特殊功能寄存器和系統控制空間(SCS)寄存器,修改操作系統的變量,這對系統的安全性是一種威脅,如果用戶任務程序跑飛,那就有可能破壞系統寄存器和變量[5]。

        4.1 系統寄存器的設置

        用戶應用程序運行在用戶級,使用PSP堆棧指針;操作系統函數運行在特權級,使用的也是PSP堆棧指針;而中斷服務例程運行在處理模式的特權方式下,使用MSP堆棧指針。

        

      特權與用戶級分區

       

        圖2 特權與用戶級分區

        首先利用MPU把內存分為特權級訪問和用戶級訪問兩個區,如圖2所示。在系統初始化時,設置MPU相關寄存器,為系統分配任務堆棧與主堆棧:任務堆棧分配在用戶區,系統變量與主堆棧分配在特權區,只可特權級下訪問。

        

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      發表于 2011-08-30 11:46 ? 401次閱讀
      Buddy算法的μC/OSII高可靠內存管理方案

      基于LPC2119和μC/OSII的CAN中繼器...

      基于提高CAN總線組網能力的考慮,提出一種新穎的CAN中繼器設計方法;闡述以LPC2119控制器為核...

      發表于 2011-08-16 12:14 ? 636次閱讀
      基于LPC2119和μC/OSII的CAN中繼器...

      Cortex M3的SRAM單元故障軟件的自檢測...

      目前,對于存儲單元SRAM的研究都是基于硬件電路來完成,而且這些方法都是運用在生產過程中,但是生產過...

      發表于 2011-07-29 11:12 ? 501次閱讀
      Cortex M3的SRAM單元故障軟件的自檢測...

      愛特梅爾推出全新SAM3S16 Cortex-M...

      愛特梅爾公司宣布提供帶有1MB嵌入式閃存和128KB SRAM的32位ARM Cortex-M3微控...

      發表于 2011-07-15 08:50 ? 174次閱讀
      愛特梅爾推出全新SAM3S16 Cortex-M...

      在μC/OSII上實現動態電壓調節技術

      本文在遵循可移植、可裁減的前提下,對其進行了改進,使其可以支持動態的離散電壓管理,保證μC/OS—I...

      發表于 2011-06-27 11:11 ? 427次閱讀
      在μC/OSII上實現動態電壓調節技術

      ARM7內核的中斷屏蔽方法

      本文介紹一種ARM7內核的中斷屏蔽方法,并給出基于該方法的C語言源代碼和匯編語言源代碼。該段代碼已經...

      發表于 2011-06-27 09:22 ? 4042次閱讀
      ARM7內核的中斷屏蔽方法

      基于Cortex-M3微處理器的智能家居監控終端...

      本系統采用具有ARM Cortex-M3的嵌入式器件LPC1769作為主控制器件,在uC/OS-Ⅱ平...

      發表于 2011-05-20 09:49 ? 1028次閱讀
      基于Cortex-M3微處理器的智能家居監控終端...

      富士通半導體發布第二批Cortex-M3 MCU

      富士通半導體基于采用英國ARM處理器內核“Cortex-M3”的第二批MCU“FM3系列”,新上市了...

      發表于 2011-04-26 09:53 ? 701次閱讀
      富士通半導體發布第二批Cortex-M3 MCU

      μC/OSII中的軟件定時器改進

      μC/OSII是一種基于優先級的搶占式操作系統,實時性很強。而系統中軟件定時器沒有優先級,回調函數順...

      發表于 2011-04-25 11:52 ? 1375次閱讀
      μC/OSII中的軟件定時器改進

      如何構成理想的CPU內核

      在不斷發展的許多重要市場中都可見到多CPU設計。網絡路由是率先廣泛應用多CPU設計的領域之一。大多數...

      發表于 2011-04-20 11:26 ? 675次閱讀
      如何構成理想的CPU內核

      Cortex-M3內核浮點型運算的研究與實現

      在Cortex-M3內核上實現浮點型運算,可以達到所要求的精度,運算速度較快,具有較高的實時性。本文...

      發表于 2011-03-11 11:04 ? 5003次閱讀
      Cortex-M3內核浮點型運算的研究與實現

      Cortex-M3的STM32微控制器處理先進電...

      變頻器的問世和先進的電機控制方法讓三相無刷電機(交流感應電機或永磁同步電機)曾經在調速應用領域取得巨...

      發表于 2010-12-29 15:34 ? 870次閱讀
      Cortex-M3的STM32微控制器處理先進電...

      基于STM32微控制器的電機控制方法

        變頻器的問世和先進的電機控制方法讓三相無刷電機(交流感應電機或永磁同步電機)曾經在調速應用領域取...

      發表于 2010-12-27 09:42 ? 8491次閱讀
      基于STM32微控制器的電機控制方法

      Holtek公司即將推出基于Cortex M3的...

        日前,Holtek公司在位于上海漕河涇開發區的神旺大酒店舉行了一年一度的2010新產品發布會。在...

      發表于 2010-11-12 09:59 ? 369次閱讀
      Holtek公司即將推出基于Cortex M3的...

      基于Cortex-M3內核的TFT觸摸屏在環境監...

        0 引言   觸摸屏是一種新型的電子輸入設備,是目前最簡單、方便、自然的一種人機交互方式,它賦...

      發表于 2010-09-29 10:25 ? 974次閱讀
      基于Cortex-M3內核的TFT觸摸屏在環境監...

      Linux內核同步機制的自旋鎖原理

      一、自旋鎖 自旋鎖是專為防止多處理器并發而引入的一種鎖,它在內核中大量應用于中斷處理等部分(對于單...

      發表于 2010-06-08 14:50 ? 640次閱讀
      Linux內核同步機制的自旋鎖原理

      圖解Google Android內核編譯教程

      Android作為Google公司推出的一款手機開發平臺,其本身是基于linux內核的。Google...

      發表于 2010-06-08 14:47 ? 8191次閱讀
      圖解Google Android內核編譯教程

      根據μc/Os-Ⅱ就緒表算法在ARM架構上的改動

      根據μc/Os-Ⅱ就緒表算法在ARM架構上的改動 ????? μc/Os-Ⅱ的就緒表設置、清除、查...

      發表于 2010-04-21 09:05 ? 361次閱讀
      根據μc/Os-Ⅱ就緒表算法在ARM架構上的改動

      新唐科技推出基于Cortex-M0內核的32位M...

      新唐科技推出基于Cortex-M0內核的32位MCU 新唐科技宣布推出以 ARM? Cortex?...

      發表于 2010-01-09 10:40 ? 292次閱讀
      新唐科技推出基于Cortex-M0內核的32位M...

      嵌入式系統的發展特點及架構分析

      嵌入式系統的發展特點及架構分析    嵌入式系統已經廣泛地應用到當今各個領域,...

      發表于 2009-11-28 08:55 ? 232次閱讀
      嵌入式系統的發展特點及架構分析

      基于新型Cortex-M3內核STM32的三相多...

      基于新型Cortex-M3內核STM32的三相多功能電能表解決方案  電能表作為電能計量的基本設備...

      發表于 2009-11-05 10:28 ? 704次閱讀
      基于新型Cortex-M3內核STM32的三相多...
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