[發明專利]一種嵌入式微內核操作系統分區鏈接方法及系統

在審

• 申請號: 202011004893.9
• 申請日: 2020-09-21
• 公開（公告）號: CN112148364A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 肖銀皓
• 申請（專利權）人: 廣東財經大學
• 主分類號: G06F9/22
• 分類號: G06F9/22;G06F8/41;G06F9/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種嵌入式微內核操作系統分區鏈接方法及系統，通過讀取用戶對系統屬性的高層次描述，生成膠水代碼，調用編譯器對微內核、守護進程和各個分區的源文件進行編譯以生成目標文件；鏈接器對各個分區編譯生成的目標文件進行兩次試鏈接，生成目標文件，可以大大降低在微控制器平臺上微內核部署的難度。使用本技術無需事先預估各個分區所占空間的大小，而是可以由工具鏈在應用編寫完成后自行決定；所需的建立分區以及分區中內核對象的膠水代碼是自動生成的，無需人工手動編寫，降低了發生錯誤的幾率。

技術領域

本公開涉及嵌入式系統領域，具體涉及一種嵌入式微內核操作系統分區鏈接方法及系統，適用于復雜的微內核操作系統在微控制器上的部署。

背景技術

隨著工業4.0和物聯網的興起，傳感器-執行器網絡被用于交通、生活和工業生產的方方面面。由于這些領域的業務邏輯本身非常復雜，因此傳感器-執行器網絡的規模很快增加。這使得增加安全邊界和進行隔離變成必要的事情，因此在單片機上部署微內核是有必要的。然而，由于單片機并不具備內存管理單元而僅僅具備內存保護單元，因此在單片機上部署微內核時需要靜態決定內核和各個分區的鏈接位置。部分單片機的內存保護單元還具備一些限制，諸如起始位置必須對齊到區域大小，區域大小必須是2的方次等等，這無疑大大增加了靜態決定內核和各個分區鏈接位置的難度。

分區是保護區域，每個保護區域由一組MPU寄存器配置描述，記錄了允許被該保護區域訪問的存儲器。一個保護區域內可以有一個或多個線程。

現有的鏈接方法大概有如下幾種：

1.由人手動決定各個分區的鏈接位置。這種方法需要人手工分析各個分區的可能大小，并且靜態地指定它們。然而，這大大增加了人的工作量，而且由于每個軟件分區的大小在編譯時往往為未知，因此在決定地址時往往需要反復分配地址和編譯鏈接，直到找到正確的組合為止。

2.靜態地決定每個分區的大小。也即操作系統無視用戶應用程序的需求，先入為主地將芯片的資源劃分為幾個分區，用戶設計應用程序時則必須適應這幾個分區的大小。如果用戶的初始應用程序無法適配進這幾個分區，那么就必須再次適配。

3.將分區的建立完全推遲到系統運行時決定，并且通過語言運行時虛擬機的方式提供分區保護。這種方法提供了高靈活性，但語言運行時虛擬機本身的開銷在微控制器上往往不可接受。

發明內容

為了解決上述問題，本公開提供一種嵌入式微內核操作系統分區鏈接方法及系統，通過讀取用戶對系統屬性的高層次描述，生成膠水代碼，調用編譯器對微內核、守護進程和各個分區的源文件進行編譯以生成目標文件。鏈接器對各個分區編譯生成的目標文件進行兩次試鏈接，從中取得微內核、守護進程和各個分區的大小，包括其代碼段大小及數據段大小，生成目標文件，如果本次鏈接中沒有發生溢出，則本次鏈接結果有效，輸出鏈接的二進制映像文件。

為了實現上述目的，根據本公開的一方面，提供一種嵌入式微內核操作系統分區鏈接方法，所述方法包括以下步驟：

所述方法的開發機端包括：系統需求分析模塊、編譯器、內存分配器模塊和鏈接器，微控制器端則包括微內核和守護進程。其中，實質意義上的微內核只有一個，守護進程可以有一個或者多個。

S100：系統需求分析模塊讀取用戶對系統屬性的高層次描述，所述高層次描述包括分區數量、各個分區的內核對象資源以及所選定的微控制器平臺等，并生成各個分區的內核對象列表，然后再由內核對象列表生成為各個分區創建這些內核對象的在微內核啟動時或守護進程啟動時調用的膠水代碼；

S200：系統需求分析模塊生成各個分區中的內核對象所對應的代碼，比如如果該分區中有線程對象，那么就在該分區中生成各個線程對象的空函數體，等待用戶填充；

生成各個分區中的內核對象所對應的代碼的方法為：根據各個內核對象的參數和系統的API，生成對系統API進行調用的代碼，并填充入待創建的內核對象的參數。