嵌入式操作系统运行状态分析工具研究

论文摘要

近年来,随着嵌入式技术飞速发展,嵌入式系统已经广泛的渗透到人们的日常生活等方方面面中。各种嵌入式系统中,ARM系列处理器是目前应用最广泛的处理器。Linux操作系统因为开源和稳定而成为一种常见的嵌入式操作系统。在嵌入式系统的开发中,嵌入式系操作系统运行状态的分析、监控的工具具有十分重大的意义。在分析了各种嵌入式操作系统运行状态分析技术的基础上,针对运行于ARM上的嵌入式Linux操作系统,给出并实现了一种基于边界扫描测试(JTAG)技术的操作系统运行状态分析方案。宿主机的并口通过一个转换缓冲电路连接到目标机的JTAG口,宿主机通过对并口的写操作来操作目标机的JTAG口,通过读并口来获取从目标机JTAG移位出来的信息。JTAG操作接口模块被包装成一个动态库,它是上层分析模块获取信息和操作目标机的通道,该模块实现了停止目标系统运行,读写寄存器,读写内存,设置断点和观察点,恢复被打断的程序运行等功能。通过调用JTAG操作接口,上层模块实现了对运行于ARM处理器上的嵌入式Linux操作系统运行状态的分析功能。分析的重点是进程和内存两个部分。进程部分实现了内核函数调用链分析,进程关系分析,进程描述符内容分析等功能。内存部分实现了物理内存使用状态分析,虚拟内存使用状态分析,页表分析等功能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究概况
• 1.3 主要研究工作
• 2 总体结构
• 2.1 状态分析器设计思路
• 2.2 状态分析器硬件环境
• 2.2.1 JTAG 的基本原理及其在ARM 上的实现
• 2.2.2 ARM 上JTAG 通道与宿主机的连接
• 2.3 状态分析器总体结构
• 2.3.1 JTAG 中间件的结构
• 2.3.2 状态分析端的结构
• 2.4 本章小结
• 3 JTAG 中间件
• 3.1 状态机与扫描链操作
• 3.1.1 应用层直接访问并口
• 3.1.2 状态机操作
• 3.1.3 扫描链操作
• 3.2 汇编指令级操作
• 3.2.1 插入汇编指令
• 3.2.2 操作Embedded ICE
• 3.3 启停与断点设置
• 3.3.1 启动和停止
• 3.3.2 断点设置与异常跟踪
• 3.4 读写寄存器与内存
• 3.4.1 读写寄存器
• 3.4.2 读写内存
• 3.5 本章小结
• 4 运行状态分析
• 4.1 内核变量信息分析
• 4.1.1 全局变量的信息
• 4.1.2 数据结构的细节
• 4.2 进程状态分析
• 4.2.1 Linux 进程
• 4.2.2 获取进程信息
• 4.2.3 内核堆栈函数调用链分析
• 4.3 内存状态分析
• 4.3.1 物理内存分析
• 4.3.2 虚拟内存分析
• 4.3.3 ARM-Linux 的页表分析
• 4.4 本章小结
• 5 结束语
• 5.1 研究工作总结
• 5.2 进一步的研究工作
• 致谢
• 参考文献