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提高uc/os-ii操作系统安全与稳定性的方法
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2017-10-30
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引言
μC／OS-II是基于优先级的可剥夺型内核，实时性较强，但不区分用户空间和系统空间，使得系统的安全性变差。而μC／OS-II官网提供的基于Cortex-M3内核移植的μC／OS-II操作系统，一直运行在特权级下，用户程序也可以访问操作系统的变量和常量，导致系统的安全性与稳定性变得更差。
1 开发坏境与Cortex-M3内核简介
使用IAR 5．30开发环境，移植μC／OS-II 2．86到Cortex-M3内核上，选用配置了MPU的LPC1786处理器作为硬件实验平台。
Cortex-M3处理器支持：两种工作模式，线程模式和处理模式；两种访问等级，特权级和用户级；两个堆栈指针，主堆栈指针（MSP）和进程堆栈指针（PSP）。异常处理工作在“处理模式+特权级+MSP”下；线程模式下，访问等级与堆栈指针可以相互搭配使用；但是在用户级下，对特殊功能寄存器和系统控制空间（SCS）的大部分寄存器的访问是禁止的。
如果处理器（如LPC1700系列、LM3S系列等）配置有MPU，可通过设定内存的访问权限大幅度地提高系统的安全性。
2 μC／OS-II内核简介
μC／OS-II操作系统凭借其源代码公开、结构小巧、内核可剥夺、实时性高等诸多特性而得到广泛的应用，并且μC／OS-II绝大部分代码是用C语言编写的，便于移植到各种内核上。它提供了诸如任务调度、任务管理、时间管理、内存管理、中断管理，以及任务间的同步与通信等实时内核的基本功能，而没有提供输入输出管理、文件系统、图形用户接口及网络组件之类的额外服务。但由于μC／OS-II具有较好的可移植性和开源性，用户可以根据实际应用添加所需要的服务，而且系统移植只需修改文件OS_CPU_C．C、OS_CPU．H、OS_CPU_A．ASM。
3 μC／OS-II操作系统移植的改进
如果用户任务运行在“用户级+PSP”状态下，而调用操作系统函数时运行在“特权级+MSP”状态下，再配合MPU的使用，可以使系统的安全性与稳定性得到很大的提高。
3.1 设置系统寄存器
系统任务（统计任务、空闲任务等）只使用主堆栈指针MSP，并且一直运行在特权级下；而用户任务则使用PSP、MSP两个堆栈。在系统初始化时，设置MPU的相关寄存器，把内存分为特权级与用户级两个区，如图1所示。PSP分配在用户区，MSP、系统变量与常量分配在特权区，以提高系统的安全性。
μC／OS-II是基于优先级的可剥夺型内核，实时性较强，但不区分用户空间和系统空间，使得系统的安全性变差。而μC／OS-II官网提供的基于Cortex-M3内核移植的μC／OS-II操作系统，一直运行在特权级下，用户程序也可以访问操作系统的变量和常量，导致系统的安全性与稳定性变得更差。
1 开发坏境与Cortex-M3内核简介
使用IAR 5．30开发环境，移植μC／OS-II 2．86到Cortex-M3内核上，选用配置了MPU的LPC1786处理器作为硬件实验平台。
Cortex-M3处理器支持：两种工作模式，线程模式和处理模式；两种访问等级，特权级和用户级；两个堆栈指针，主堆栈指针（MSP）和进程堆栈指针（PSP）。异常处理工作在“处理模式+特权级+MSP”下；线程模式下，访问等级与堆栈指针可以相互搭配使用；但是在用户级下，对特殊功能寄存器和系统控制空间（SCS）的大部分寄存器的访问是禁止的。
如果处理器（如LPC1700系列、LM3S系列等）配置有MPU，可通过设定内存的访问权限大幅度地提高系统的安全性。
2 μC／OS-II内核简介
μC／OS-II操作系统凭借其源代码公开、结构小巧、内核可剥夺、实时性高等诸多特性而得到广泛的应用，并且μC／OS-II绝大部分代码是用C语言编写的，便于移植到各种内核上。它提供了诸如任务调度、任务管理、时间管理、内存管理、中断管理，以及任务间的同步与通信等实时内核的基本功能，而没有提供输入输出管理、文件系统、图形用户接口及网络组件之类的额外服务。但由于μC／OS-II具有较好的可移植性和开源性，用户可以根据实际应用添加所需要的服务，而且系统移植只需修改文件OS_CPU_C．C、OS_CPU．H、OS_CPU_A．ASM。
3 μC／OS-II操作系统移植的改进
如果用户任务运行在“用户级+PSP”状态下，而调用操作系统函数时运行在“特权级+MSP”状态下，再配合MPU的使用，可以使系统的安全性与稳定性得到很大的提高。
3.1 设置系统寄存器
系统任务（统计任务、空闲任务等）只使用主堆栈指针MSP，并且一直运行在特权级下；而用户任务则使用PSP、MSP两个堆栈。在系统初始化时，设置MPU的相关寄存器，把内存分为特权级与用户级两个区，如图1所示。PSP分配在用户区，MSP、系统变量与常量分配在特权区，以提高系统的安全性。
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