[发明专利]一种异构硬件组织运行统一内核方法及系统

说明书

本发明公开了一种异构硬件组织运行统一内核方法及系统，将每种架构的代码段和与架构相关的数据段链接到存储器的不同的存储区域，链接二进制时，将与架构无关的数据段链接到存储器的同一存储区域的存储区域，从而直接共享使用架构无关的内核对象。可以使多种架构真正使用同一个内核其数据段的大部分是共享的，其代码段则是独立的，因此多种架构可以使用同样的安全策略，而且这些安全策略是自动同步而无需通信的。多种架构之间还可以直接共享使用架构无关的内核对象，并且在所有架构上无需通过内核间通信就可以直接管理所有的内核对象无需通过内核间通信。

技术领域

本公开嵌入式系统技术领域和操作系统技术领域，具体涉及一种异构硬件组织运行统一内核方法及系统，适用于不同硬件指令集的软件栈整合。

背景技术

随着物联网的兴起，以及传感器节点的数据处理能力要求的提升，整合不同架构的计算能力变得格外重要。比如在一个MCU+DSP系统内，MCU负责管理系统的业务逻辑，DSP则专注于计算，实现1+12的效果。此时，如果需要在该种平台上运行内核，其内核需要整合两种处理器子系统提供的计算能力，达成应用所需的计算方案。

现有的整合方法可以分为两种：

第一种方法是，在两个架构上运行两种不同的操作系统。比如，在MCU（微控制器）或者MPU（微处理器）上运行Linux，而在DSP（数字信号处理器）上运行FreeRTOS，然后使用互相发送核间中断和共享内存的方法使这两种不同的内核进行通信。

第二种方法是，在两个架构上运行同一个操作系统，但是使用分别针对两个架构编译的两个内核实例，然后组织成一种多内核操作系统。在两个架构之间的用户态运行一些通信守护进程来使两种架构上的内核相互通信，比如Barrelfish和Popcorn Linux。

现有的异构处理器整合方法无法应对在物联网大背景下出现的异构处理器系统之间的日益紧密的合作，上述的整合方法主要有以下几个缺陷：

(1)第一种方法要求运行两种内核，这两种内核之中一种是大型内核，另一种是小型实时内核。只有大型内核具备完善的进程间保护模型和信息安全性，而小型系统则不具备。这使得一旦实时内核出现安全漏洞或者故障崩溃，有可能损害大型内核的内核内存，整个系统的安全性差；

(2) 第二种方法的两个内核互相之间无法直接通信，而在用户态进行内核服务的通信。这种方法使得内核之间的通信必须在用户态进行；某些第二种方法的改进方案允许内核之间在内核态通信，但两个内核仍然需要大量的通过消息队列的数据收发来维持状态同步。这大大降低了内核之间通信的效率，增加了数据同步的负担；

(3) 两种方法有共同的问题：两个内核之间的内核资源无法共享或者难以共享，即便能够共享，也难以要求两个内核采取同样的安全策略来共管内存，一旦两个内核针对某一段内存的信息安全策略不一致，则有可能导致该段内存的信息被泄露；

(4)两种方法的内核间通信都非常复杂，大大降低了异构方案的实用性；

(5)某些操作系统也能在多种架构中运行，但是要同时运行多个内核才行。

发明内容

为了解决上述问题，本公开提供一种异构硬件组织运行统一内核方法及系统，将每种架构的代码段和与架构相关的数据段链接到存储器的不同的存储区域，链接二进制时，将与架构无关的数据段链接到存储器的同一存储区域的存储区域，从而直接共享使用架构无关的内核对象。

为了实现上述目的，根据本公开的一方面，提供一种异构硬件组织运行统一内核方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，在编译内核代码时，针对不同架构类型中的每种架构编译其代码段；

步骤2，链接二进制时，将每种架构类型的架构的代码段和与该架构类型的架构相关的数据段链接到存储器的不同的存储区域；