專利名稱：基于hypervisor構(gòu)架的虛擬非易失閃存存儲器件設(shè)備設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于嵌入式系統(tǒng)驅(qū)動程序設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及對支持基于hypervisor構(gòu)架的虛擬nand flash設(shè)備的設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
hypervisor構(gòu)架指的是管理硬件資源和虛擬化環(huán)境維護(hù)的虛擬機(jī)監(jiān)控器及其上運(yùn)行著的多個(gè)客戶系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。在該構(gòu)架中，虛擬機(jī)監(jiān)控器(Virtual Machine Monitor，以下簡稱VMM)不只是一個(gè)完整的操作系統(tǒng)，同時(shí)還支持多個(gè)客戶系統(tǒng)以任務(wù)的形式運(yùn)行。具體來說，VMM —方面需要管理眾多硬件資源(如CPU、內(nèi)存、1/0設(shè)備)，分配內(nèi)存空間，并調(diào)度任務(wù)運(yùn)行，另一方面還需要為客戶系統(tǒng)提供運(yùn)行所需要的虛擬化環(huán)境，如抽象的硬件接口及客戶系統(tǒng)與VMM間的通信機(jī)制。nand flash是一種非易失閃存存儲器件，它具有較高的存儲密度和單位尺寸下較高的存儲容量，被廣泛用于娛樂電子設(shè)備中。這類電子設(shè)備一般將軟件系統(tǒng)保存在nand flash中，等待設(shè)備上電啟動后運(yùn)行位于flash中的軟件系統(tǒng)，并在運(yùn)行過程中將數(shù)據(jù)永久的存儲在flash中。在hypervisor構(gòu)架中，多個(gè)客戶操作系統(tǒng)需要將其文件系統(tǒng)和運(yùn)行信息存儲于flash。為了使多個(gè)客戶系統(tǒng)能同時(shí)對nand flash操作，就需要提供一種機(jī)制，保證各個(gè)客戶系統(tǒng)互斥地對nand flash的訪問。目前流行的虛擬化方案有Vmware和Xen，但他們主要針對PC常用的外設(shè)進(jìn)行虛擬化，而nand flash主要應(yīng)用于嵌入式領(lǐng)域，故均未涉及nand flash設(shè)備的虛擬化。另外，同 Xen采用的分離驅(qū)動模型相比，本專利所敘述的方法不需專門編寫額外的前端驅(qū)動，也不會因?yàn)楹蠖蓑?qū)動進(jìn)行服務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)而造成的客戶系統(tǒng)間外設(shè)訪問負(fù)載的不平衡。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種虛擬nand flash設(shè)備的設(shè)計(jì)方法。通過虛擬nand flash設(shè)備，多個(gè)客戶操作系統(tǒng)能夠共享該設(shè)備，并進(jìn)行直接的訪問。虛擬nand flash能夠最大限度的利用已有成熟驅(qū)動程序，僅進(jìn)行少量的修改，提高了可移植性。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)基于hypervisor構(gòu)架的虛擬非易失閃存存儲器件設(shè)備設(shè)計(jì)方法，客戶系統(tǒng)利用虛擬機(jī)監(jiān)控器中的實(shí)時(shí)線程作為服務(wù)代理，獲取對非易失閃存存儲器件資源的訪問要求； 客戶系統(tǒng)通過發(fā)消息的方式通知實(shí)時(shí)線程請求或釋放非易失閃存存儲器件的訪問權(quán)，實(shí)時(shí)線程完成相應(yīng)要求后將結(jié)果以消息的方式發(fā)送回客戶操作系統(tǒng)。訪問非易失閃存存儲器件前先獲取互斥量結(jié)構(gòu)體，某個(gè)客戶系統(tǒng)一旦獲取該互斥量即可開始對非易失閃存存儲器件直接進(jìn)行訪問；若客戶系統(tǒng)希望申請已被占用的互斥量，則其代理的實(shí)時(shí)線程掛入該互斥量的任務(wù)等待鏈表，直至該互斥量被釋放后才被喚醒， 完成對非易失閃存存儲器件互斥量的申請。
所述非易失閃存存儲器件是nand flash,nand flash具有較高的存儲密度和單位尺寸下較高的存儲容量。該方法可使得多個(gè)客戶系統(tǒng)利用同一硬件平臺上的nand flash硬件資源進(jìn)行文件系統(tǒng)和資源信息的存儲，從而在一個(gè)硬件平臺上整合多個(gè)操作系統(tǒng)，適用于安全以及多核調(diào)度領(lǐng)域。


圖1為雙客戶系統(tǒng)虛擬nand flash驅(qū)動框架結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為雙客戶系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)線程操作nand flash相關(guān)的互斥量過程示意圖；圖3為nand flash相關(guān)互斥量的申請過程示意圖；圖4為雙客戶系統(tǒng)操作nand flash互斥量執(zhí)行過程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述參見圖1-4，針對客戶系統(tǒng)，將nand flash的訪問權(quán)設(shè)定為一個(gè)互斥量，當(dāng)客戶系統(tǒng)需要訪問nand flash時(shí)，必須首先申請?jiān)摶コ饬?。若nand flash未被使用，則可申請到該互斥量，然后利用nand flash原有驅(qū)動程序執(zhí)行設(shè)備操作，使用完nand flash后釋放該互斥量(如圖1所示)。因VMM負(fù)責(zé)管理硬件資源，并將這些資源抽象成若干數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。對nand flash 來說，VMM利用互斥量表示對該資源的訪問權(quán)，其特點(diǎn)是最多只有一個(gè)用戶能訪問到nand flash。由于這個(gè)互斥量位于VMM端，客戶系統(tǒng)無法直接訪問，故需要通過nand flash相關(guān)的實(shí)時(shí)線程作為代理，訪問互斥量信息，并將結(jié)果反饋回客戶系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述過程，需要在VMM端為每個(gè)客戶系統(tǒng)創(chuàng)建一個(gè)處理nand flash服務(wù)的實(shí)時(shí)線程，該線程優(yōu)先級較客戶系統(tǒng)高，且與其通信主要通過消息方式。該實(shí)時(shí)線程在啟動后即處于阻塞狀態(tài)，當(dāng)有客戶系統(tǒng)發(fā)送nand flash訪問請求時(shí)，才被喚醒并執(zhí)行相應(yīng)設(shè)備操作(如圖2所示)。當(dāng)客戶系統(tǒng)需要訪問nand flash設(shè)備時(shí)，首先創(chuàng)建一個(gè)請求服務(wù)的消息，并向其對應(yīng)的服務(wù)線程發(fā)送該請求，后者由于優(yōu)先級較高而被立即喚醒并處理接收到的消息。通過該消息的具體參數(shù)，識別出客戶系統(tǒng)需要訪問nand flash，則由該實(shí)時(shí)線程申請硬件資源對應(yīng)的互斥量，申請成功后向客戶系統(tǒng)發(fā)送響應(yīng)消息，客戶系統(tǒng)接著使用原有驅(qū)動程序訪問硬件外設(shè)(如圖3所示)。若申請互斥量失敗，說明互斥量之前已被申請過，則該客戶系統(tǒng)及其對應(yīng)的nand flash相關(guān)實(shí)時(shí)線程被阻塞，等待該互斥量被釋放。當(dāng)某個(gè)客戶系統(tǒng)完成nand flash操作時(shí)，需要釋放該設(shè)備資源對應(yīng)的互斥量。具體來說，客戶系統(tǒng)創(chuàng)建一個(gè)釋放資源的消息，并向其對應(yīng)的服務(wù)線程發(fā)送該請求，后者由于優(yōu)先級較高而被立即喚醒并處理接收到的消息。通過該消息的具體參數(shù)，識別出客戶系統(tǒng)需要放棄對nand flash的操作，則由該實(shí)時(shí)線程釋放該互斥量。在釋放互斥量的過程中，如果有其他實(shí)時(shí)線程等待該互斥量，則會喚醒該實(shí)時(shí)線程，使其獲得互斥量。也就是說，nand flash相關(guān)的互斥量被釋放后，等待訪問nand flash的實(shí)時(shí)線程會被喚醒并獲取該nandflash的訪問權(quán)。被喚醒的實(shí)時(shí)線程接著處理獲取到的互斥量，并創(chuàng)建一條成功獲取的消息，發(fā)送給等待著的客戶系統(tǒng)(如圖4所示)。虛擬nand flash的實(shí)施主要體現(xiàn)在對相關(guān)實(shí)時(shí)線程的創(chuàng)建、客戶系統(tǒng)與實(shí)時(shí)線程間的通信以及對互斥量的操作過程中。1)與nand flash相關(guān)實(shí)時(shí)線程的創(chuàng)建由于nand flash所代表的互斥量位于VMM地址空間中，客戶系統(tǒng)無法直接進(jìn)行申請或釋放等操作，故需要通過VMM端的實(shí)時(shí)線程操作互斥量，并由客戶系統(tǒng)通知實(shí)時(shí)線程完成特定的工作。也就是說，實(shí)時(shí)線程起到為客戶系統(tǒng)提供訪問互斥量的代理的作用。在VMM啟動并創(chuàng)建某個(gè)客戶系統(tǒng)時(shí)，就需要創(chuàng)建與nand flash相關(guān)的實(shí)時(shí)線程。 通過等待客戶系統(tǒng)的請求消息，線程將自己阻塞，這類似于Iinux系統(tǒng)中的守護(hù)線程。2)客戶系統(tǒng)與實(shí)時(shí)線程間的通信客戶系統(tǒng)與實(shí)時(shí)線程間的通信是通過發(fā)送消息的方式實(shí)現(xiàn)的?？蛻粝到y(tǒng)需要請求 nand flash服務(wù)時(shí)，只要通過客戶系統(tǒng)與VMM間的接口函數(shù)向?qū)崟r(shí)線程發(fā)送某項(xiàng)消息。由于實(shí)時(shí)線程的優(yōu)先級較高，之前處于阻塞狀態(tài)的實(shí)時(shí)線程被喚醒并立即執(zhí)行。通過該消息的具體參數(shù)，識別出客戶系統(tǒng)需要訪問nand flash，則由該實(shí)時(shí)線程申請?jiān)撚布Y源對應(yīng)的互斥量。在成功申請到互斥量后，實(shí)時(shí)線程創(chuàng)建一條響應(yīng)消息并將其發(fā)送給客戶系統(tǒng)，使后者繼續(xù)執(zhí)行。類似的，當(dāng)客戶系統(tǒng)使用完nand flash，需要放棄相關(guān)服務(wù)時(shí)，需要創(chuàng)建一條釋放消息并將其發(fā)送給實(shí)時(shí)線程。該實(shí)時(shí)線程通過消息的參數(shù)識別出客戶系統(tǒng)需要釋放互斥量，則調(diào)用函數(shù)將互斥量釋放，最后發(fā)送操作成功的消息給客戶系統(tǒng)。3)對互斥量的操作代表nand flash資源訪問權(quán)的互斥量在VMM啟動時(shí)就被初始化。當(dāng)某個(gè)與nand flash相關(guān)的實(shí)時(shí)線程作為客戶系統(tǒng)的代理來申請?jiān)撚布O(shè)備資源時(shí)，會調(diào)用函數(shù)來申請對應(yīng)互斥量的使用權(quán)。若該互斥量當(dāng)前并未使用，則可直接申請到該互斥量，否則，需要將線程自身阻塞，掛入互斥量結(jié)構(gòu)體中的等待任務(wù)鏈表。當(dāng)實(shí)時(shí)線程執(zhí)行釋放互斥量的操作時(shí)，會查看是否有任務(wù)在等待該互斥量，若有則喚醒等待著的實(shí)時(shí)線程，使其獲取該互斥量，并調(diào)度其執(zhí)行。最后創(chuàng)建操作完成的消息，并向客戶系統(tǒng)發(fā)送該消息。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施方式
僅限于此，對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.基于hypervisor構(gòu)架的虛擬非易失閃存存儲器件設(shè)備設(shè)計(jì)方法，其特征在于客戶系統(tǒng)利用虛擬機(jī)監(jiān)控器中的實(shí)時(shí)線程作為服務(wù)代理，獲取對非易失閃存存儲器件資源的訪問要求；客戶系統(tǒng)通過發(fā)消息的方式通知實(shí)時(shí)線程請求或釋放非易失閃存存儲器件的訪問權(quán)，實(shí)時(shí)線程完成相應(yīng)要求后將結(jié)果以消息的方式發(fā)送回客戶操作系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的虛擬非易失閃存存儲器件設(shè)備設(shè)計(jì)方法，其特征在于訪問非易失閃存存儲器件前先獲取互斥量結(jié)構(gòu)體，某個(gè)客戶系統(tǒng)一旦獲取該互斥量即可開始對非易失閃存存儲器件直接進(jìn)行訪問；若客戶系統(tǒng)希望申請已被占用的互斥量，則其代理的實(shí)時(shí)線程掛入該互斥量的任務(wù)等待鏈表，直至該互斥量被釋放后才被喚醒，完成對非易失閃存存儲器件互斥量的申請。
3.如權(quán)利要求1所述的虛擬非易失閃存存儲器件設(shè)備設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述非易失閃存存儲器件是nand flash,nand flash具有較高的存儲密度和單位尺寸下較高的存儲容量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種虛擬nand flash設(shè)計(jì)方法，公開一種基于hypervisor構(gòu)架的虛擬nand flash設(shè)備設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明主要是將nandflash的訪問權(quán)設(shè)置為一個(gè)互斥量結(jié)構(gòu)體，客戶系統(tǒng)利用虛擬機(jī)監(jiān)控器(VMM)中的實(shí)時(shí)線程作為服務(wù)代理來操作該互斥量?？蛻粝到y(tǒng)和實(shí)時(shí)線程間通過消息的方式通信以進(jìn)行nand flash設(shè)備服務(wù)的請求和釋放。該方法可使得多個(gè)客戶系統(tǒng)利用同一硬件平臺上的nandflash硬件資源進(jìn)行文件系統(tǒng)和資源信息的存儲，從而在一個(gè)硬件平臺上整合多個(gè)操作系統(tǒng)，適用于安全以及多核調(diào)度領(lǐng)域。
文檔編號H04L29/08GK102325178SQ20111026362
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月7日
發(fā)明者于濤, 馮升, 李國輝, 梅魁志, 馬振克 申請人:西安交通大學(xué)