隨著無人機在軍事領(lǐng)域及民用領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用,其面臨的安全問題也日益受到研究人員的重視。經(jīng)過形式化驗證的操作系統(tǒng)內(nèi)核雖然能夠保證無人機系統(tǒng)的安全性,但是其缺乏擴展性,無法提供一個豐富的軟件開發(fā)環(huán)境用以開發(fā)第三方應(yīng)用。如何在保證操作系統(tǒng)內(nèi)核正確性的同時,提高整個無人機系統(tǒng)的擴展性是一個值得深入研究的問題。本論文提出了一種層級式的軟件架構(gòu),這種架構(gòu)在保證無人機安全性的同時,利用虛擬化技術(shù)來提高整個系統(tǒng)的擴展性。該軟件架構(gòu)主要包括三個部分:系統(tǒng)內(nèi)核、用戶空間以及虛擬機。在系統(tǒng)內(nèi)核部分采用了可信操作系統(tǒng)內(nèi)核CertiKOSARM,在用戶空間部分運行了多個實時用戶進(jìn)程用于飛行姿態(tài)控制,虛擬機部分負(fù)責(zé)驅(qū)動Linux系統(tǒng)內(nèi)核來運行第三方應(yīng)用。論文為經(jīng)過形式化驗證的操作系統(tǒng)內(nèi)核CertiKOS-ARM添加了內(nèi)核中斷功能以及多核并發(fā)處理功能。內(nèi)核中斷功能有效降低了時鐘中斷延遲,而多核并發(fā)處理功能則保證了核心之間的安全隔離。為實現(xiàn)創(chuàng)建與管理虛擬機,論文設(shè)計了一個輕量化的虛擬機管理軟件Hypervisor,稱為CertiKOS-ARM Hypervisor。CertiKOS-ARM Hypervisor采用了新型的mixed-type架構(gòu),能夠利用硬件輔助的方式減少虛擬化技術(shù)帶來的額外花銷。CertiKOS-ARM Hypervisor具有輕量化與層級式的特點。輕量化設(shè)計使得其代碼行數(shù)比其他商業(yè)化的Hypervisor少一個量級,有效減少了系統(tǒng)的可信計算基。層級式設(shè)計使得其代碼被劃分成多個軟件層,這種軟件層的劃分方式能夠適用于ARM與x86兩種平臺。論文實驗部分包括Hypervisor的性能測試實驗與無人機飛行測試實驗。論文利用了微型測試工具集LMbench對CertiKOS-ARM Hyperviosr進(jìn)行了性能測試,實驗結(jié)果表明CertiKOS-ARM Hpervisor創(chuàng)建的虛擬機性能與實際機器性能相當(dāng)。無人機飛行測試實驗則表明了這種軟件架構(gòu)具有較強的擴展性。論文提出的這種軟件架構(gòu)除了能夠應(yīng)用到無人飛行器上,還能夠推廣到其它智能系統(tǒng)中。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V279;TP311.52
【部分圖文】：

圖 地面站飛行姿態(tài)顯示發(fā)的無人機地面站系統(tǒng)工作示意圖如圖 所示。飛行人機的飛行數(shù)據(jù)后，儲存在內(nèi)存中，并通過共享內(nèi)存的的串口中。虛擬機能夠直接訪問軟件模擬的串口，可以。同時，在虛擬機中創(chuàng)建一個 的無人機節(jié)點，用于面站的計算機中運行 操作系統(tǒng)，并基于 建無人機姿態(tài)的三維顯示；隨后利用 下的無線網(wǎng)絡(luò)通遞飛行數(shù)據(jù)，在地面站上用 工具實時繪制無人機的的飛行狀態(tài)見圖 ，其對應(yīng)的地面站的實時姿態(tài)見圖 無人機系統(tǒng)在虛擬機中運行 時的飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)，與地面站進(jìn)行通訊。圖中紅色實線表示實際的無人機的
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本文編號：2854227