專利名稱：嵌入式系統(tǒng)可尋址空間的分區(qū)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及嵌入式微處理器系統(tǒng)(以下簡稱“嵌入式系統(tǒng)”)，特別涉及一種嵌入式系統(tǒng)中用于安全管理的可尋址空間的分區(qū)方法。
背景技術(shù)：
隨著嵌入式系統(tǒng)的快速發(fā)展，在單個嵌入式系統(tǒng)芯片上集成的功能越來越多，處理能力也越來越強(qiáng)大，一方面多用戶可以共用一款嵌入式系統(tǒng)芯片，另一方面單用戶在使用一款嵌入式系統(tǒng)芯片時也存在多功能應(yīng)用的需求。但是，無論對于多用戶還是對于單用戶都存在對嵌入式系統(tǒng)中的資源進(jìn)行分區(qū)管理的問題，其中最受用戶關(guān)注的無疑就是信息的安全性。眾所周知，嵌入式系統(tǒng)啟動后CPU可尋址空間一般可劃分為三類區(qū)域，如圖1所示，一是系統(tǒng)區(qū)，用于存放啟動程序等；二是控制區(qū)，用于配置和管控存儲空間等；三是用戶區(qū)，是指系統(tǒng)中對應(yīng)于存儲器、內(nèi)部功能模塊、內(nèi)部控制模塊以及外設(shè)的存儲空間，管理員根據(jù)需要可將用戶區(qū)任意分割為若干個區(qū)塊供用戶使用和管理。針對CPU的可尋址空間，技術(shù)人員在芯片設(shè)計(jì)開發(fā)時需要根據(jù)系統(tǒng)資源的配置情況對邏輯地址空間進(jìn)行分配， 而從用戶應(yīng)用的角度技術(shù)人員還需要對CPU的可尋址空間進(jìn)行分區(qū)管理。其中，分區(qū)管理不僅牽涉到用戶對各區(qū)塊訪問權(quán)限的設(shè)定，還涉及可尋址空間中各區(qū)塊的劃分方法(即分區(qū)方法)。傳統(tǒng)的分區(qū)方法是以每個區(qū)塊的起始地址以及區(qū)塊大小為依據(jù)在CPU可尋址空間中來劃分各區(qū)塊，而且區(qū)塊的大小是以2為倍數(shù)，取256Byte到4GByte范圍。乍看之下， 原有分區(qū)方法也能達(dá)到分配區(qū)塊位置和大小的目的，但從實(shí)現(xiàn)效果上看，原有分區(qū)方法是以區(qū)塊大小隱含了地址對齊。因此以往的做法一方面造成了實(shí)際分區(qū)位置與預(yù)期的分區(qū)位置相差很大的情況，另一方面，區(qū)塊大小的選擇也局限于硬件提供的若干種(即以2為倍數(shù)，取256Byte到4GByte范圍)，如果要想分配的區(qū)塊為3MByte空間，實(shí)際只能分配4MByte 空間，其中浪費(fèi)了 IMByte空間。以上兩點(diǎn)容易造成區(qū)塊分配混亂和資源浪費(fèi)，給嵌入式系統(tǒng)芯片存儲空間分區(qū)管理帶來了較大的制約，輕者造成存儲資源浪費(fèi)，重者造成用戶預(yù)期的分區(qū)配置與實(shí)際大相徑庭，留下了安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述技術(shù)現(xiàn)狀，本發(fā)明提出一種嵌入式系統(tǒng)可尋址空間的分區(qū)方法，旨在解決現(xiàn)有分區(qū)方法帶來的區(qū)塊分配混亂以及浪費(fèi)資源等問題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種嵌入式系統(tǒng)可尋址空間的分區(qū)方法，其創(chuàng)新在于在對嵌入式系統(tǒng)可尋址空間進(jìn)行分區(qū)時，將需要劃分的每個區(qū)塊的上邊界地址、下邊界地址和地址對齊位數(shù)作為各區(qū)塊劃分的三種不同屬性，采用三組配置寄存器來分別定義，其中，第一組配置寄存器用來定義需要劃分的各區(qū)塊的上邊界地址，第二組配置寄存器用來定義需要劃分的各區(qū)塊的下邊界地址，第三組配置寄存器用來定義需要劃分的各區(qū)塊的地址對齊位數(shù)。
上述技術(shù)方案的有關(guān)內(nèi)容解釋如下
1.上述方案中，如果嵌入式系統(tǒng)具有三十二位邏輯地址，地址對齊位數(shù)在低八位到低三十一位之間的范圍內(nèi)選擇。如果嵌入式系統(tǒng)具有十六位邏輯地址，地址對齊位數(shù)在低八位到低十五位之間的范圍內(nèi)選擇。如果嵌入式系統(tǒng)具有六十四位邏輯地址，地址對齊位數(shù)在低八位到低六十三位之間的范圍內(nèi)選擇。由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)和效果
1.本發(fā)明解決了傳統(tǒng)分區(qū)方法可能造成區(qū)塊劃分重疊以及由此產(chǎn)生的安全隱患問題。 傳統(tǒng)分區(qū)方法只能通過配置寄存器對各區(qū)塊的起始地址和區(qū)塊大小進(jìn)行設(shè)定。從傳統(tǒng)分區(qū)方法中可以看出，定義每個區(qū)塊采用了兩個屬性，一個是區(qū)塊的起始地址，另一個是區(qū)塊的大小。從表面看這種分區(qū)方法簡單可行，似乎不存在任何不合理現(xiàn)象。但實(shí)際上由于在系統(tǒng)底層隱含著地址對齊機(jī)制，因此在定義區(qū)塊時，區(qū)塊大小隱含的第三個屬性是以區(qū)塊大小為單位進(jìn)行地址對齊，即一個區(qū)塊中的所有地址均對齊為該區(qū)塊的起始地址，因此該起始地址即為隱含的地址對齊位置。由于地址對齊位數(shù)與定義的區(qū)塊大小有關(guān)，因此區(qū)塊大小隱含了地址對齊位數(shù)。如果以2的η次方來表示區(qū)塊大小，那么隱含的地址對齊位數(shù)將是低 η位，即地址的低η位被隱掉，比如對于一個具有三十二位邏輯地址的CPU系統(tǒng)，如果定義區(qū)塊大小為512KByte字節(jié)，即2的19次方字節(jié)，那么三十二位邏輯地址中的低19位將被隱掉；如果定義區(qū)塊大小為IMByte字節(jié)，即2的20次方字節(jié)，那么三十二位邏輯地址中的低 20位將被隱掉，以此類推。在嵌入式系統(tǒng)中，隱含地址對齊機(jī)制其實(shí)是指參與地址譯碼(即尋址)的地址線的位數(shù)，目的是為了提高地址譯碼速度、減少電路的復(fù)雜性以及節(jié)省配置寄存器資源。以往用戶在進(jìn)行分區(qū)時，由于配置寄存器對用戶是開放的，如果用戶對區(qū)塊的起始地址選擇不在隱含的地址對齊位置上，嵌入式系統(tǒng)就會自動將其移到默認(rèn)的地址對齊位置上，這樣就會造成預(yù)想的區(qū)塊邊界與實(shí)際的區(qū)塊邊界不一致，使分區(qū)產(chǎn)生意外的重疊，而此時用戶并不知道。一旦出現(xiàn)這種現(xiàn)象，由于重疊的兩個區(qū)塊訪問權(quán)限不一致就會產(chǎn)生安全隱患，甚至造成訪問出錯等故障。而本發(fā)明將每個區(qū)塊的上邊界地址、下邊界地址和地址對齊位數(shù)作為劃分各區(qū)塊的三種不同屬性，并且通過三組配置寄存器來分別定義。這種分區(qū)方法從區(qū)塊劃分角度由于明確選擇了地址對齊位數(shù)，用戶知曉地址對齊位數(shù)，不會將兩個區(qū)塊的邏輯地址重疊設(shè)置，因此解決了以往區(qū)塊大小隱含地址對齊位數(shù)所帶來的分區(qū)重疊問題。2.本發(fā)明解決了傳統(tǒng)分區(qū)方法帶來的地址資源浪費(fèi)，大大提高了嵌入式系統(tǒng)有限地址資源的利用率。傳統(tǒng)分區(qū)方法是以每個區(qū)塊的起始地址以及區(qū)塊大小為依據(jù)在CPU 可尋址空間中來劃分各區(qū)塊，而且區(qū)塊大小是以2為倍數(shù)，取256Byte到4GByte范圍，即區(qū)塊大小應(yīng)在 256Byte、512 ByteUKbyte,2 Kbyte、4Kbyte、8Kbyte、16Kbyte、32Kbyte、
64Kbyte、128Kbyte、128Kbyte、512Kbyte、lMbyte、2Mbyte、4Mbyte、......4GByte 范圍中選一。
因此，如果用戶要想分配的區(qū)塊大小為3MByte空間，實(shí)際只能分配4MByte空間，其中浪費(fèi)了 IMByte空間。而本發(fā)明由于將每個區(qū)塊的上邊界地址、下邊界地址和地址對齊位數(shù)作為劃分各區(qū)塊的三種不同屬性，用戶可以用上邊界地址和下邊界地址來定義3MByte空間，地址對齊位數(shù)可以選擇隱掉三十二位邏輯地址中的低8位或低9位，即以256Byte或512Byte 進(jìn)行地址對齊。因此，本發(fā)明分區(qū)方法可以靈活的設(shè)定地址對齊位數(shù)，一方面解決了以往地址資源浪費(fèi)的問題，另一方面使用戶的存儲管理更加得心應(yīng)手，大大提高了嵌入式系統(tǒng)有限地址資源的利用率。


附圖1為嵌入式系統(tǒng)地址分配示意圖； 附圖2為嵌入式系統(tǒng)原理附圖3為傳統(tǒng)分區(qū)方法出現(xiàn)區(qū)塊邊界偏移的示意圖； 附圖4為本發(fā)明分區(qū)方法不會出現(xiàn)區(qū)塊邊界偏移的示意圖； 附圖5為傳統(tǒng)分區(qū)方法配置寄存器示意圖； 附圖6為本發(fā)明分區(qū)方法配置寄存器示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述 實(shí)施例
圖1為嵌入式系統(tǒng)地址分配示意圖。從圖中可以看出，嵌入式系統(tǒng)啟動后CPU可尋址空間劃分為三類區(qū)域，一是系統(tǒng)區(qū)，二是控制區(qū)，三是用戶區(qū)。針對CPU的可尋址空間，技術(shù)人員在芯片設(shè)計(jì)開發(fā)時需要根據(jù)系統(tǒng)資源對邏輯地址空間進(jìn)行分配，而從用戶應(yīng)用的角度技術(shù)人員還需要對CPU的可尋址空間進(jìn)行分區(qū)安全管理。其中，分區(qū)安全管理不僅牽涉到用戶對各區(qū)塊訪問權(quán)限的設(shè)定，還涉及可尋址空間中各區(qū)塊的劃分方法(即分區(qū)方法)。圖 1中畫出了八個區(qū)塊，即區(qū)塊(Γ區(qū)塊7，表示從安全管理角度將CPU可尋址空間分成八個區(qū)塊來進(jìn)行管理。其中，采用的分區(qū)方法是在對嵌入式系統(tǒng)可尋址空間進(jìn)行分區(qū)時，將需要劃分的每個區(qū)塊的上邊界地址、下邊界地址和地址對齊位數(shù)作為各區(qū)塊劃分的三種不同屬性，采用三組配置寄存器來分別定義，其中，第一組配置寄存器用來定義需要劃分的各區(qū)塊的上邊界地址，第二組配置寄存器用來定義需要劃分的各區(qū)塊的下邊界地址，第三組配置寄存器用來定義需要劃分的各區(qū)塊的地址對齊位數(shù)。其中，地址對齊位數(shù)的選擇可參考以下內(nèi)容
1.如果嵌入式系統(tǒng)具有三十二位邏輯地址，理論上地址對齊位數(shù)在低八位到低三十一位之間的范圍內(nèi)選擇。2.如果嵌入式系統(tǒng)具有十六位邏輯地址，理論上地址對齊位數(shù)在低八位到低十五位之間的范圍內(nèi)選擇。3.如果嵌入式系統(tǒng)具有六十四位邏輯地址，理論上地址對齊位數(shù)在低八位到低六十三位之間的范圍內(nèi)選擇。這里需要特別說明的是第一，對于嵌入式系統(tǒng)來說，邏輯地址位數(shù)與數(shù)據(jù)位數(shù)概念不同，比如一個32位CPU，具有32位邏輯地址和32位數(shù)據(jù)，但一個8位CPU，具有16位邏輯地址和8位數(shù)據(jù)。要能夠正確區(qū)分邏輯地址位數(shù)與數(shù)據(jù)位數(shù)的關(guān)系。本發(fā)明與嵌入式系統(tǒng)的邏輯地址位數(shù)有關(guān)，而與數(shù)據(jù)位數(shù)無關(guān)。第二，本發(fā)明分區(qū)方法適用于嵌入式系統(tǒng)中CPU的可尋址空間，而不局限于用戶區(qū)。第三，采用本發(fā)明分區(qū)方法對CPU可尋址空間分區(qū)時，每個區(qū)塊中的地址對齊位數(shù)相同，而各區(qū)塊之間的地址對齊位數(shù)可以相同，也可以不同，這要根據(jù)實(shí)際需要結(jié)合系統(tǒng)的支持能力來確定。圖2為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例嵌入式系統(tǒng)原理圖。從圖中可以看出，該嵌入式系統(tǒng)由CPU、系統(tǒng)總線、存儲器、周邊模塊、外部模塊和MPU模塊組成。其中，周邊模塊是指內(nèi)部模塊，比如加密模塊、存儲器接口模塊等；MPU模塊是指存儲器保護(hù)模塊，該模塊由MPU控制寄存器、加解密部分、控制部分和輸出部分組成。本實(shí)例嵌入式系統(tǒng)中設(shè)置MPU模塊的目的是為CPU訪問提供安全保障。為了達(dá)到安全管理的目的，需要對CPU的可尋址空間進(jìn)行分區(qū)， 并通過MPU控制寄存器來設(shè)定。MPU控制寄存器是一個配置寄存器組，有八組配置寄存器， 可以將CPU可尋址空間劃分成八個區(qū)塊來進(jìn)行管理，并對每個區(qū)塊分別設(shè)定上邊界地址、 下邊界地址、地址對齊位數(shù)、加密使能以及訪問權(quán)限，以便對各區(qū)塊進(jìn)行安全管理。其中訪問權(quán)限包括超級用戶的任意區(qū)塊可讀(SR)，可寫(SW)，可執(zhí)行(SX)，超級用戶的本區(qū)塊可讀(Sr)，可寫(Sw)，可執(zhí)行(&0;普通用戶的任意區(qū)塊可讀(UR)，可寫(UW)，可執(zhí)行(UX)，普通用戶的本區(qū)塊可讀(to·)，可寫(Uw)，可執(zhí)行(Ux)。當(dāng)CPU發(fā)起一次訪問，其程序指針和訪問地址分別輸入程序指針比較單元和地址一致匹配單元進(jìn)行區(qū)塊匹配，同時本次訪問的控制信息也將輸入訪問權(quán)限判定單元與各區(qū)塊設(shè)定的訪問權(quán)限進(jìn)行比較，最終通過訪問判定違規(guī)單元判定在該訪問所匹配的區(qū)塊內(nèi)的權(quán)限設(shè)定是否允許本次訪問。另一方面，本次訪問的地址信號和數(shù)據(jù)信號將分別輸入地址亂序加密單元和數(shù)據(jù)加解密單元進(jìn)行處理，其結(jié)果由輸出控制單元結(jié)合訪問允許與否進(jìn)行輸出或屏蔽。圖3為傳統(tǒng)分區(qū)方法出現(xiàn)區(qū)塊邊界偏移的示意圖。從圖中可以看出，本應(yīng)用實(shí)例具有三十二位邏輯地址，如果用戶以32’ h800F_FF00為起始地址，取分區(qū)大小為1MB，設(shè)置區(qū)塊0，由于原有技術(shù)中隱含的地址對齊機(jī)制是根據(jù)分區(qū)大小1MB進(jìn)行了地址對齊，即2的 20次方字節(jié)等于1MB，那么三十二位邏輯地址中的低20位將被隱掉，嵌入式系統(tǒng)會自動將其移到默認(rèn)的地址對齊位置上，因此，用戶實(shí)際獲得的地址分配效果是從32’ h8000_0000 到32，h8010_000的1MB區(qū)域，從而導(dǎo)致了實(shí)際分配與用戶預(yù)期不一致的情況。若用戶還設(shè)定了一塊上邊界為32’ h8000_0000的區(qū)塊2，則區(qū)塊0和區(qū)塊2將在地址32’ h8000_0000 處發(fā)生預(yù)想外的區(qū)域重疊，由于重疊區(qū)域的訪問權(quán)限和加密設(shè)定有特別的規(guī)則，這樣預(yù)想外的區(qū)域重疊情況很容易導(dǎo)致預(yù)想外的訪問違規(guī)發(fā)生。此外，由于分區(qū)大小只能在以2為倍數(shù)，取256Byte到4GByte的若干種之中選擇 (如5IIByte、1MB、2MB、4MB)，若要實(shí)現(xiàn)3MB區(qū)塊大小的分配，用戶只能選擇分配4MB的區(qū)塊 1來滿足要求，這樣就會產(chǎn)生1MB的存儲空間浪費(fèi)。圖4為本發(fā)明分區(qū)方法不會出現(xiàn)區(qū)塊邊界偏移的示意圖。從圖中可以看出，由于實(shí)現(xiàn)了上邊界地址和下邊界地址的獨(dú)立配置，并且邊界地址選擇256Byte進(jìn)行地址對齊， 即2的8次方字節(jié)等于256Byte，三十二位邏輯地址的低8位隱掉，因此能夠?qū)崿F(xiàn)用戶預(yù)想的32，h800F_FF00到32，h801F_FF00的1MB區(qū)塊0地址分配，同時避免了預(yù)想外的區(qū)塊0 與區(qū)塊2發(fā)生重疊。此外，由于本發(fā)明在分配區(qū)塊1時明確選擇256Byte進(jìn)行地址對齊，因此能夠輕松實(shí)現(xiàn)諸如3MB的區(qū)域1大小分配，由此大大提高了存儲資源的利用率，使用戶的多分區(qū)管理更加靈活精確。圖5為傳統(tǒng)分區(qū)方法配置寄存器示意圖。從圖中可以看出，傳統(tǒng)的分區(qū)方法是以每個區(qū)塊的起始地址以及區(qū)塊大小為依據(jù)在CPU可尋址空間中來劃分各區(qū)塊，而且區(qū)塊的大小是以2為倍數(shù)，取256Byte到4GByte范圍。圖6為本發(fā)明分區(qū)方法配置寄存器示意圖。從圖中可以看出，本發(fā)明在對嵌入式系統(tǒng)可尋址空間進(jìn)行分區(qū)時，將需要劃分的每個區(qū)塊的上邊界地址、下邊界地址和地址對齊位數(shù)作為各區(qū)塊劃分的三種不同屬性，采用三組配置寄存器來分別定義。由此可見本發(fā)明一方面解決了傳統(tǒng)分區(qū)方法可能造成區(qū)塊劃分重疊以及由此產(chǎn)生的安全隱患問題，另一方面解決了傳統(tǒng)分區(qū)方法帶來的地址資源浪費(fèi)，大大提高了嵌入式系統(tǒng)有限地址資源的利用率。本實(shí)施例盡管例舉的是三十二位邏輯地址的嵌入式系統(tǒng)，但本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)施例的啟發(fā)下，容易得出十六位和六十四位邏輯地址的嵌入式系統(tǒng)也同樣可以實(shí)現(xiàn)。上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種嵌入式系統(tǒng)可尋址空間的分區(qū)方法，其特征在于在對嵌入式系統(tǒng)可尋址空間進(jìn)行分區(qū)時，將需要劃分的每個區(qū)塊的上邊界地址、下邊界地址和地址對齊位數(shù)作為各區(qū)塊劃分的三種不同屬性，采用三組配置寄存器來分別定義，其中，第一組配置寄存器用來定義需要劃分的各區(qū)塊的上邊界地址，第二組配置寄存器用來定義需要劃分的各區(qū)塊的下邊界地址，第三組配置寄存器用來定義需要劃分的各區(qū)塊的地址對齊位數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分區(qū)方法，其特征在于所述嵌入式系統(tǒng)具有三十二位邏輯地址，地址對齊位數(shù)在低八位到低三十一位之間的范圍內(nèi)選擇。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分區(qū)方法，其特征在于所述嵌入式系統(tǒng)具有十六位邏輯地址，地址對齊位數(shù)在低八位到低十五位之間的范圍內(nèi)選擇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分區(qū)方法，其特征在于所述嵌入式系統(tǒng)具有六十四位邏輯地址，地址對齊位數(shù)在低八位到低六十三位之間的范圍內(nèi)選擇。
全文摘要
一種嵌入式系統(tǒng)可尋址空間的分區(qū)方法，其特征在于在對嵌入式系統(tǒng)可尋址空間進(jìn)行分區(qū)時，將需要劃分的每個區(qū)塊的上邊界地址、下邊界地址和地址對齊位數(shù)作為各區(qū)塊劃分的三種不同屬性，采用三組配置寄存器來分別定義，其中，第一組配置寄存器用來定義需要劃分的各區(qū)塊的上邊界地址，第二組配置寄存器用來定義需要劃分的各區(qū)塊的下邊界地址，第三組配置寄存器用來定義需要劃分的各區(qū)塊的地址對齊位數(shù)。本發(fā)明一方面解決了傳統(tǒng)分區(qū)方法可能造成區(qū)塊劃分重疊以及由此產(chǎn)生的安全隱患問題，另一方面解決了傳統(tǒng)分區(qū)方法帶來的地址資源浪費(fèi)，大大提高了嵌入式系統(tǒng)有限地址資源的利用率。
文檔編號G06F12/06GK102541752SQ20111044073
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者匡啟和, 吳凱祺, 林雄鑫, 肖佐楠, 鄭茳 申請人:蘇州國芯科技有限公司