11、双操作系统嵌入式可信计算中的可靠设备共享机制

双操作系统嵌入式可信计算中的可靠设备共享机制

在嵌入式系统中，双操作系统（Dual - OS）系统是一种将实时操作系统（RTOS）和通用操作系统（GPOS）整合到同一平台的方法，旨在降低硬件成本。然而，为了保护 RTOS 的可靠性和实时性能，通常会复制平台设备并将其分别分配给每个操作系统，这显著增加了硬件成本。本文将探讨几种在双操作系统系统中可靠且高效地共享设备的机制。

1. 双操作系统系统概述

双操作系统系统利用虚拟化层（VL）将 RTOS 和 GPOS 整合到同一嵌入式平台。RTOS 为对可靠性、安全性和实时性有严格要求的应用提供支持，属于可信计算基（TCB）；而 GPOS 为功能需求较高的应用提供支持，属于不可信计算基（UCB）。双操作系统系统的基本要求是保护 TCB 的可靠性，防止来自 UCB 的任何不当行为或恶意攻击。

传统上，为了确保 RTOS 的可靠性和系统性能，设备会被复制并专门分配给每个操作系统。但这种方法会大幅增加硬件成本。虽然云虚拟化中提出了一些设备共享机制来降低成本，但这些机制并不一定适用于双操作系统系统，因为它们存在较高的开销、影响可信域的实时性能以及增加 TCB 的复杂性等问题。

2. SafeG 双操作系统系统背景

SafeG 是基于 ARM TrustZone 硬件的可靠开源双操作系统系统，其架构包含以下关键部分：
- 虚拟 CPU ：处理器核心包含安全和非安全两个虚拟 CPU（VCPU），它们以时间片方式执行。每个 VCPU 都有自己的内存管理单元（MMU）和异常向量，并支持所有 ARM 操作模式。SafeG 将 RTOS 和 GPOS 分别分配给安全和非