無處不在的網(wǎng)絡(luò)連接日益迫使工程師面對和解決廣泛的技術(shù)安全和可靠性問題。很少有產(chǎn)品類別沒有競相提供互聯(lián)網(wǎng)可訪問性，由此產(chǎn)生的漏洞已成為不可避免的挑戰(zhàn)。在開放網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中運(yùn)行的嵌入式設(shè)備越多，安全性就越成為幾乎所有嵌入式設(shè)計(jì)的橫向技術(shù)問題。但嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員通常面臨著高昂的成本和上市時(shí)間的妥協(xié)，以確保始終可靠的操作和安全性。

本文使用汽車遠(yuǎn)程信息處理技術(shù)來說明嵌入式安全和可靠性保證的必要性，并解釋了來自Devices和Green Hills software的硬件和軟件技術(shù)的融合如何消除了以前在安全性、成本和上市時(shí)間之間不可避免的妥協(xié)。其結(jié)果是高可靠性、高安全性、內(nèi)存保護(hù)的RTOS運(yùn)行在高性能、低成本、低功耗、內(nèi)存保護(hù)的處理器上，并輔以促進(jìn)快速上市的開發(fā)環(huán)境。

為開放式汽車帶來可靠性和安全性

對于嵌入式系統(tǒng)，安全性與系統(tǒng)可靠性直接相關(guān)，而不是與企業(yè)計(jì)算應(yīng)用程序相關(guān)的數(shù)據(jù)完整性和隱私問題。不安全的嵌入式設(shè)備本質(zhì)上是不可靠的設(shè)備(反之亦然)，其后果從輕微的滋擾到嚴(yán)重的物理危險(xiǎn)不等。隨著系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)變得越來越復(fù)雜，那些旨在破壞安全的人所使用的技術(shù)也變得越來越復(fù)雜。例如，在一輛典型的現(xiàn)代汽車中，可能有大約50個(gè)嵌入式控制單元通過五種不同的通信總線技術(shù)(例如，SAEJ1850和can)相互連接，所有這些都是錯(cuò)誤代碼或惡意篡改的公平游戲。更糟糕的是，使用無線網(wǎng)絡(luò)，與內(nèi)部總線或汽車本身的物理接觸甚至不需要涉及外部產(chǎn)生的損壞，無論是無意的還是惡意的。

汽車遠(yuǎn)程信息處理本質(zhì)上是嵌入式系統(tǒng)，不可避免地會發(fā)展為集成廣泛的通信、信息、導(dǎo)航和娛樂功能。這些功能豐富的系統(tǒng)包括源自或終結(jié)于汽車內(nèi)部的電信功能，有效地將關(guān)鍵控制系統(tǒng)暴露給外部世界。聯(lián)網(wǎng)汽車的愿景自然會激勵(lì)創(chuàng)新者，但作為不法分子或草率數(shù)據(jù)傳輸?shù)臐撛谀繕?biāo)，聯(lián)網(wǎng)汽車是一場危及生命的噩夢。

為了解決這些風(fēng)險(xiǎn)，下一代汽車需要能夠提供最嚴(yán)格的安全性、操作可靠性和實(shí)時(shí)性能的底層硬件和軟件。任何低于這一標(biāo)準(zhǔn)的都將危及這些車輛的安全。但是，即使汽車制造商把質(zhì)量和安全放在最重要的位置，汽車市場也是一個(gè)成本驅(qū)動的環(huán)境，材料清單和利潤率是制造商的主要關(guān)注點(diǎn)，有時(shí)甚至以犧牲創(chuàng)新為代價(jià)。例如，在20世紀(jì)80年代，可選安全氣囊的最初銷售非常糟糕，以至于通用汽車(General Motors)將其撤出了市場。然而，后來，成本下降了，價(jià)格彈性的消費(fèi)者需求發(fā)生了變化，現(xiàn)在每輛新車都有安全氣囊。

顯然，在汽車和其他對安全至關(guān)重要的嵌入式系統(tǒng)變得毫不妥協(xié)地可靠和安全之前，不可能等待成本奇跡的發(fā)生。否則，災(zāi)難性系統(tǒng)故障的可能性實(shí)在太大了。

保護(hù)內(nèi)存保護(hù)系統(tǒng)

風(fēng)險(xiǎn)不僅嚴(yán)重，而且范圍廣泛。除乘用車外，遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)正在廣泛應(yīng)用于各種智能系統(tǒng)，包括卡車和公共汽車、非公路和非公路車輛以及客運(yùn)和貨運(yùn)列車。由于網(wǎng)絡(luò)連接而面臨風(fēng)險(xiǎn)的其他市場中的其他應(yīng)用包括海事電子、飛機(jī)和航空航天電子、工廠自動化、工業(yè)機(jī)器控制、電梯和自動扶梯、樓宇自動化、醫(yī)療設(shè)備和設(shè)備以及非工業(yè)控制和非工業(yè)設(shè)備。如前所述，將如此多的設(shè)備開放給可能未經(jīng)授權(quán)的訪問或軟件錯(cuò)誤所帶來的安全隱患是巨大的。

入侵者必須被擋在外面，軟件必須被劃分，以隔離軟件錯(cuò)誤，使其不會造成廣泛的、系統(tǒng)范圍的損害。例如，如果隔離不當(dāng)，汽車信息娛樂系統(tǒng)可能會錯(cuò)誤地將控制信號垃圾廣播到汽車的CAN總線上，而重要的控制模塊正是從CAN總線上獲得前進(jìn)命令的。

Green Hills的INTEGRITY RTOS通過在軟件級別隔離資源來幫助解決這個(gè)問題。反過來，Blackfin 處理器的性能和內(nèi)存管理能力相結(jié)合，使INTEGRITY RTOS能夠應(yīng)用于汽車應(yīng)用，同時(shí)確保成本足夠低，具有市場可行性。Blackfin處理器是一款真正的融合處理器，可以很好地執(zhí)行微控制器和DSP處理，具有卓越的性能/價(jià)格和性能/功率。同樣重要的是，Blackfin處理器非常適合托管像INTEGRITY RTOS這樣以安全和可靠性為中心的RTOS。

INTEGRITY RTOS是一個(gè)內(nèi)存保護(hù)的操作系統(tǒng)，從一開始就內(nèi)置了安全可靠的訪問控制。同時(shí)，Blackfin處理器建立受保護(hù)內(nèi)存空間的能力完美地補(bǔ)充了INTEGRITY RTOS保守的、基于許可的所有權(quán)方法，該方法只允許程序?qū)ο笤谛枰獣r(shí)在受保護(hù)的地址空間之間共享。程序?qū)ο蟮淖罱K劃分促進(jìn)了一個(gè)高度可靠的系統(tǒng)環(huán)境，它關(guān)閉了一個(gè)軟件部分無意(例如，任性的地址指針)或故意(例如，黑客)對另一個(gè)軟件部分的有害影響的嘗試。INTEGRITY RTOS還允許嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員將性能關(guān)鍵的代碼子集映射到Blackfin處理器的L1緩存上，從而使實(shí)時(shí)進(jìn)程的上下文切換時(shí)間加快一個(gè)數(shù)量級。

Blackfin處理器包含一個(gè)基于頁面的內(nèi)存管理單元(MMU)，可以控制內(nèi)存范圍的可緩存性，并在頁面級別管理保護(hù)屬性。MMU使用內(nèi)存保護(hù)格式，當(dāng)與核心的用戶和主管模式相結(jié)合時(shí)，可以支持完整的RTOS。RTOS以Supervisor模式運(yùn)行，為實(shí)際應(yīng)用軟件以User模式運(yùn)行劃分內(nèi)存塊和其他系統(tǒng)資源。因此，Blackfin MMU為強(qiáng)大的系統(tǒng)和應(yīng)用提供了一個(gè)隔離和安全的環(huán)境。Blackfin處理器(約5.00美元)的400 MHz性能的突破性低價(jià)格點(diǎn)使其能夠以市場支持的材料成本部署高度先進(jìn)的嵌入式應(yīng)用，這在以前是無法實(shí)現(xiàn)的。

為了完成這幅圖，Green Hills的MULTI集成開發(fā)環(huán)境(IDE)使嵌入式軟件開發(fā)人員可以直接查看Blackfin處理器上的INTEGRITY RTOS目標(biāo)。這允許快速有效的調(diào)試，從而實(shí)現(xiàn)更快(更便宜)的上市時(shí)間計(jì)劃。MULTI IDE還包含高效設(shè)計(jì)所需的關(guān)鍵工具和配置。其中包括rtos感知的源代碼級調(diào)試器、運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤檢查器、版本控制系統(tǒng)、性能分析器、實(shí)時(shí)事件分析器，以及在沒有實(shí)際目標(biāo)硬件的情況下，在PC、Linux或UNIX工作站上開發(fā)和測試Blackfin處理器代碼的模擬能力。

安全方面的優(yōu)勢

Blackfin處理器、INTEGRITY RTOS和MULTI IDE的強(qiáng)大組合形成了一個(gè)前所未有的三足平臺，在這個(gè)平臺上，開發(fā)人員可以非?？焖?、低成本地將可靠、安全的嵌入式系統(tǒng)推向市場。其結(jié)果是經(jīng)典妥協(xié)的終結(jié)——現(xiàn)在產(chǎn)品開發(fā)人員可以同時(shí)擁有安全性、上市時(shí)間和低成本。對于由此產(chǎn)生的產(chǎn)品的用戶來說，世界將成為一個(gè)更安全、更可靠的地方，而且仍然在經(jīng)濟(jì)范圍內(nèi)。