[發(fā)明專利]使用存儲(chǔ)器保護(hù)單元來支持客戶操作系統(tǒng)的虛擬化

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380071716.4
• 申請(qǐng)日: 2013-02-05
• 公開（公告）號(hào): CN104956342B
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 理查德·羅伊·格里森思懷特;西蒙·約翰·克拉斯克;安東尼·約翰·古達(dá)克
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: ARM有限公司
• 主分類號(hào): G06F12/14
• 分類號(hào): G06F12/14
• 代理公司: 北京東方億思知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司11258
• 代理人: 李曉冬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的領(lǐng)域。更特別地，本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)內(nèi)存儲(chǔ)器保護(hù)單元的提供和使用。

背景技術(shù)

為了通過在系統(tǒng)上執(zhí)行的程序來控制對(duì)存儲(chǔ)區(qū)域的訪問這一目的而向數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)提供存儲(chǔ)器保護(hù)單元(MPU)的做法是公知的。存儲(chǔ)器保護(hù)單元接收物理地址，并根據(jù)一組訪問許可來判定存儲(chǔ)器訪問操作是否被許可。存儲(chǔ)器保護(hù)單元非常適合于在實(shí)時(shí)系統(tǒng)內(nèi)使用，在所述實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，關(guān)于完成特定處理任務(wù)要花費(fèi)多長時(shí)間期望確定的行為。在這樣的系統(tǒng)中使用虛擬尋址是有問題的，因?yàn)橛捎谵D(zhuǎn)換后備緩沖器錯(cuò)過需要頁表行走在主存儲(chǔ)器內(nèi)以便檢索將虛擬地址轉(zhuǎn)換為物理地址所需的翻譯數(shù)據(jù)，虛擬尋址(例如)可能引入潛在的長延時(shí)。

隨著處理系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)步，伴隨著在每單元時(shí)間可以被執(zhí)行的處理量方面的那些系統(tǒng)性能的上升。此外，在可能的情況下降低數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的成本存在持續(xù)的壓力。

發(fā)明內(nèi)容

從一個(gè)方面看，本發(fā)明提供用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的裝置，該裝置包括：

處理電路，該處理電路被配置為執(zhí)行程序指令流；

第一存儲(chǔ)器保護(hù)單元，該第一存儲(chǔ)器保護(hù)單元被配置為：

接收直接指定存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器地址位置的物理地址，以便所述處理電路執(zhí)行存儲(chǔ)器訪問操作；以及

根據(jù)第一組許可來判定所述存儲(chǔ)器訪問操作是否被許可；和第二存儲(chǔ)器保護(hù)單元，該第二存儲(chǔ)器保護(hù)單元被配置為：

接收所述物理地址；以及

根據(jù)第二組許可來判定所述存儲(chǔ)器訪問操作是否被許可；其中

僅當(dāng)所述存儲(chǔ)器訪問操作滿足所述第一組許可和所述第二組許可二者時(shí)，所述存儲(chǔ)器訪問操作被許可。

本技術(shù)提供用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的裝置，該裝置包括第一存儲(chǔ)器保護(hù)單元和第二存儲(chǔ)器保護(hù)單元；僅當(dāng)存儲(chǔ)器訪問操作滿足由這些存儲(chǔ)器保護(hù)單元監(jiān)督的許可時(shí)存儲(chǔ)器訪問操作被許可，例如，第一存儲(chǔ)器保護(hù)單元代表客戶實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(使用所有的物理地址)應(yīng)用第一組訪問許可，第二存儲(chǔ)器保護(hù)單元代表超管理程序應(yīng)用第二組訪問許可，超管理程序管理多個(gè)客戶操作系統(tǒng)之間底層硬件的共享。由于每個(gè)虛擬實(shí)時(shí)系統(tǒng)可以使用第一存儲(chǔ)器保護(hù)單元來執(zhí)行它的存儲(chǔ)器訪問許可，然后管理客戶操作系統(tǒng)的超管理程序可以使用第二存儲(chǔ)器保護(hù)單元來執(zhí)行由超管理程序監(jiān)督的訪問許可，因此具有這種形式的系統(tǒng)能夠虛擬化一個(gè)或多個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)。實(shí)時(shí)處理器的虛擬化采取行動(dòng)來反對(duì)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的已接受的智慧和偏見，因?yàn)檫@通常將被視為不可接受地危害實(shí)時(shí)處理器的確定性行為，并可能抑制它充分及時(shí)地處理任務(wù)的能力。然而，本技術(shù)認(rèn)識(shí)到，隨著由處理器技術(shù)的進(jìn)步提供的處理速度的提高，在仍舊維持可接受的處理速度和響應(yīng)水平的同時(shí)對(duì)實(shí)時(shí)處理器進(jìn)行虛擬化是可能的。使用第一存儲(chǔ)器保護(hù)單元(操作物理地址以執(zhí)行與虛擬實(shí)時(shí)處理器相關(guān)聯(lián)的許可)和第二存儲(chǔ)器保護(hù)單元(也操作物理地址以執(zhí)行與超管理程序相關(guān)聯(lián)的許可)起到的作用是：即使對(duì)于虛擬實(shí)時(shí)處理器，也可以避免與處理虛擬地址相關(guān)聯(lián)的無限延遲，并且可以提供存儲(chǔ)器訪問操作可接受的最大處理延遲。提供虛擬實(shí)時(shí)處理器具有降低成本的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榭梢员苊庠撎幚砥鞯膯为?dú)的真實(shí)實(shí)例。

在支持異常級(jí)別層級(jí)的系統(tǒng)內(nèi)可以通過以下操作來輔助虛擬實(shí)時(shí)處理器和超管理程序之間安全性的管理：對(duì)處理電路進(jìn)行配置，使得當(dāng)在第一異常級(jí)別處操作時(shí)處理電路被許可改變第一組許可并且不被許可改變第二組許可，而當(dāng)在第二異常級(jí)別處操作時(shí)處理電路被許可改變第二組許可。因此，除了系統(tǒng)在第二異常級(jí)別處操作之外，可以防止第二組許可被改變，由此管理一個(gè)或多個(gè)虛擬實(shí)時(shí)處理器(它的客戶操作系統(tǒng)在第一異常級(jí)別處操作)的超管理程序(其在第二異常級(jí)別處操作)的安全性可以得到保護(hù)。

處理器可以支持多個(gè)實(shí)時(shí)處理器，每個(gè)實(shí)時(shí)處理器執(zhí)行被選中的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)并且具有相關(guān)聯(lián)的第一組許可。系統(tǒng)可以與一個(gè)或多個(gè)其它處理器(其沒有這種實(shí)時(shí)操作限制)相結(jié)合地提供一個(gè)或多個(gè)虛擬實(shí)時(shí)處理器也是可能的，例如，支持圖形用戶界面(GUI)的“豐富”操作系統(tǒng)。

應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)的是，在一些實(shí)施例中，第一存儲(chǔ)器保護(hù)單元和第二存儲(chǔ)器保護(hù)單元可以作為完全分離的電路被提供。在其它實(shí)施例中第一存儲(chǔ)器保護(hù)單元和第二存儲(chǔ)器保護(hù)單元的實(shí)現(xiàn)方式也可能是它們共享它們的一些或全部硬件。在一些實(shí)施例中，可能提供一組硬件，這組硬件先進(jìn)行操作以執(zhí)行當(dāng)前活躍的客戶操作系統(tǒng)的第一組許可來用作第一存儲(chǔ)器保護(hù)單元，然后進(jìn)行操作以執(zhí)行超管理程序的第二組許可并因此用作第二存儲(chǔ)器保護(hù)單元。