一种提高uc/os-ii操作系统安全性与稳定性的方法

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。

3．2 修改系统函数

为了任务首次运行时，可以进入相应的访问等级和使用相应的堆栈指针，在任务创建时，加入工作状态参数mode。在ucos_ii．h中定义访问等级与堆栈选择的常量：

3．2．1 修改任务控制块OS_TCB

在任务控制块中加入MSP指针，形式如下：