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rt-thread平台的可信启动研究与实现

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RT-Thread平台的可信启动研究与实现

作者：余小桐中北大学

学位级别：硕士

在大数据、云计算、物联网等信息技术飞速发展的当下,信息安全问题也日益突出。传统的CPU设计时未集成安全度量模块,可能会导致在启动前系统核心信息被篡改,开机后威胁计算机的安全。在我国可信计算3.0背景下,自主可控、安全可信理念更... 详细信息

在大数据、云计算、物联网等信息技术飞速发展的当下,信息安全问题也日益突出。传统的CPU设计时未集成安全度量模块,可能会导致在启动前系统核心信息被篡改,开机后威胁计算机的安全。在我国可信计算3.0背景下,自主可控、安全可信理念更加突出,提升计算机系统的安全性是信息时代主要研究方向。为了脱离硬件层面可信度量时密码算法设计的复杂,本文将国产操作系统rt-thread与可信计算相结合,避开国外技术,在rt-thread平台设计出可信密码算法,搭建可信启动框架,实现可信启动策略。可信启动策略实现的前提是rt-thread操作系统在硬件某款处理器上的成功移植,本文所依托的硬件处理器为项目组成员在FPGA上设计的32位RISC-V架构软核处理器,支持UArt、SPI、GPIO等多种接口。基于此,本文主要研究内容有:通过修改rt-thread内核文件和编写适配的驱动程序,搭建交叉编译平台,实现其在32位RISC-V软核处理器上的移植。移植过程中实现的函数主要有全局中断开关函数、线程栈初始化函数、上下文切换函数等;对board.c与libcpu中的配置文件与参数进行修改;此外,根据可信启动外设需求,在rt-thread中设计UArt、IC、SPI、GPIO驱动程序并进行移植。rt-thread及其外设的成功移植为可信启动策略的实现做了充分准备。完成可信启动策略的实现,通过在rt-thread中创建SM2、SM3、SM4密码算法线程,设定其线程优先级、时间片、线程栈大小等,设计密码算法控制函数实现了对不同密码算法的调度,密码算法之间可相互通信与调用;分析可信模块中三个密码算法具体实现中涉及到的关键函数及参数;对本文密码算法控制BIOS下的可信启动流程与异常状态的处理进行讨论。对rt-thread操作系统在32位RISC-V架构软核处理器的移植进行测试,操作系统移植成功,UArt、IC、SPI、GPIO四种驱动也可正确识别;SM2、SM3、SM4三个密码算法的加解密结果验证正确;本文设计的可信启动平台在国产主板飞腾D2000上实现了上电控制及复位等功能;对系统的性能进行测试,加解密速度正常,开机时间有一定延长,但性能损耗在合理范围内,不会对用户体验造成影响,可信启动框架设计合理有效。

关键词： rt-thread 驱动程序密码算法上电控制可信启动

基于 rt-thread 的玉米对行收获控制系统研发与测试

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中国农机化学报 2024年第11期45卷 28-34页

作者：郭佳炜王骞尚业华秦五昌王锋吕昊暾中国农业大学工学院北京市100083 北京市农林科学院智能装备技术研究中心北京市100097 智能农业动力装备全国重点实验室北京市100097

为提高玉米机械化收获效率,减轻驾驶员劳动强度,研发玉米收获对行控制系统。该系统包括玉米边界行感知模块和对行控制模块,采用激光雷达获取玉米行点云数据,提出基于STM32处理器和rt-thread实时操作系统的点云数据快速分析处理方法,实... 详细信息

为提高玉米机械化收获效率,减轻驾驶员劳动强度,研发玉米收获对行控制系统。该系统包括玉米边界行感知模块和对行控制模块,采用激光雷达获取玉米行点云数据,提出基于STM32处理器和rt-thread实时操作系统的点云数据快速分析处理方法,实现玉米行边界点的提取,通过边界点计算得到横向偏差;设计系统通信拓扑架构,实现感知、处理、对行控制模块之间的高效通信。对该系统的性能开展田间试验验证,结果表明:收割机与玉米行实际边界线的平均横向偏差为0.06 m,最大横向偏差为0.126 m,满足玉米对行收获作业要求,为玉米对行收获提供一定的参考。

关键词：玉米对行收获控制系统 rt-thread 激光雷达单片机点云数据

基于rt-thread的Zynq-7000实时控制系统设计与实现

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仪表技术与传感器 2023年第7期 88-92,98页

作者：尤磊王邦继吴博邱嵩张仲金西南交通大学物理科学与技术学院四川成都610031

针对目前相控阵天线控制系统通讯高速、高实时、高稳定的需求,设计了一款基于Zynq-7000和rt-thread操作系统的实时控制系统。首先从硬件方面讨论了系统的总体结构,在软件方面采用优先级抢占式的任务调度方式以及消息队列、信号量和邮箱... 详细信息

针对目前相控阵天线控制系统通讯高速、高实时、高稳定的需求,设计了一款基于Zynq-7000和rt-thread操作系统的实时控制系统。首先从硬件方面讨论了系统的总体结构,在软件方面采用优先级抢占式的任务调度方式以及消息队列、信号量和邮箱等任务通信机制来确保实时性和可靠性;其次移植rt-thread实时操作系统到Zynq-7000平台中,利用LwIP协议栈完成网络通信功能设计;最后构建了实验测试平台。测试结果表明:提出的基于Zynq-7000和rt-thread的实时控制系统在网络传输方面具有低时延、低抖动和低丢包率的优点,保证了系统执行处理的实时性和稳定性。

关键词：实时操作系统 rt-thread Zynq-7000 以太网实时性

基于LoRa与rt-thread的多功能矿灯设计

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工矿自动化 2021年第6期47卷 96-102页

作者：张帝权悦国海周小杰董飞赵端安徽科技学院电气与电子工程学院安徽蚌埠233100 安徽大学互联网学院安徽合肥230039 中国矿业大学物联网(感知矿山)研究中心江苏徐州221008

针对目前井下矿灯存在功能单一、无线通信距离短和功耗较高等问题,基于LoRa无线通信技术和物联网操作系统rt-thread设计了一种集井下照明、环境状态感知、人员状态监测与定位、无线通信与安全报警的多功能矿灯。该矿灯以STM32单片机作... 详细信息

针对目前井下矿灯存在功能单一、无线通信距离短和功耗较高等问题,基于LoRa无线通信技术和物联网操作系统rt-thread设计了一种集井下照明、环境状态感知、人员状态监测与定位、无线通信与安全报警的多功能矿灯。该矿灯以STM32单片机作为核心,利用多种传感器实现环境温湿度、瓦斯浓度和人员运动状态信息的实时感知;利用远距离低功耗的LoRa无线通信技术,结合LoRa智能网关,与地面远程监控平台实现信息交互。该多功能矿灯还能够进行本地异常状态预警并上报远程监控平台,同时,监控平台能够下发安全预警信息,向井下工作人员及时发布工作面的安全状态。测试结果表明,该矿灯具有较高的数据采集精度、较好的无线通信性能、较低的功耗,在实现多功能的条件下,能通过多种传感器有效测量环境参数,测量误差不超过1%;通过智能网关与监控平台进行数据交互,最大丢包率不超过4%,最大时延低于100 ms;当矿灯处于待机工作状态时,最低平均消耗电流小于10μA,能够有效延长矿灯使用时间。

关键词：多功能矿灯环境状态感知人员状态监测与定位无线通信 LoRa rt-thread

基于rt-thread的血液透析机校准装置设计

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中国测试 2023年第S2期49卷 108-112页

作者：孙远刘冲姬学智杨国涛刘帅帅李书琼南华大学电气工程学院湖南衡阳421001 河南省计量测试科学研究院河南郑州450016 四川中测仪器科技有限公司四川成都610021 中国测试技术研究院四川成都610021

针对市场中现有血液透析机校准装置工作效率低,检测人员不能在一个设备上同时检测多个参数的问题,利用STM32和rt-thread设计一种可在现场同时检测多参数的血液透析机校准装置。校准装置的硬件系统按照模块化进行设计,分为血液透析机检... 详细信息

针对市场中现有血液透析机校准装置工作效率低,检测人员不能在一个设备上同时检测多个参数的问题,利用STM32和rt-thread设计一种可在现场同时检测多参数的血液透析机校准装置。校准装置的硬件系统按照模块化进行设计,分为血液透析机检测仪控制器与血液透机检测仪两大硬件系统,它们之间通过无线传输模块进行通信。软件系统利用rt-thread实现任务调度,保证多任务的有序执行,提高系统的实时响应能力。实验结果表明,校准装置能够完成JJF 1353-2012《血液透析装置校准规范》要求,具有较高的实际应用价值。

关键词：血液透析机参数检测校准装置模块化无线传输 rt-thread

基于rt-thread和ESP-NOW的无线传感器网络系统设计

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仪表技术与传感器 2023年第6期 71-75页

作者：宋英杰薄敬东王义涛万庆华崔传金华北理工大学电气工程学院河北唐山063210

为提高无线传感器网络汇聚节点的稳定性,缓解云平台数据处理压力,引入ESP-NOW无线通信协议,设计一种基于rt-thread的无线传感器网络。该系统由传感器感知节点、汇聚节点和物联网云平台组成,实现了对传感器数据采集、处理、显示、存储、... 详细信息

为提高无线传感器网络汇聚节点的稳定性,缓解云平台数据处理压力,引入ESP-NOW无线通信协议,设计一种基于rt-thread的无线传感器网络。该系统由传感器感知节点、汇聚节点和物联网云平台组成,实现了对传感器数据采集、处理、显示、存储、上传等,避免了数据在云端处理导致阻塞的问题发生。结果表明:引入ESP-NOW协议使系统在数据传输过程中具备更高的稳定性,基于rt-thread系统相对于裸机运行,数据协调能力及响应时间明显提升。系统具有稳定可靠、组网简单、实时性强等优点。

关键词： ESP-NOW rt-thread 物联网局域网传感器无线传感器网络

基于UWB与rt-thread的矿用低功耗便携式读卡器设计

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工矿自动化 2024年第S1期50卷 43-47,52页

作者：邵甜甜李涛煤炭科学技术研究院有限公司北京100013 煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室北京100013 煤矿应急避险技术装备工程研究中心北京100013 北京市煤矿安全工程技术研究中心北京100013 中国电信股份有限公司榆林分公司陕西榆林719000

针对传统的矿用便携式读卡器存在功耗高、携带不便等问题,设计了一种基于UWB与rt-thread的低功耗便携式读卡器,用于在发生紧急情况对佩戴定位卡的人员进行搜救及日常对人员位置快速、准确读取和定位。UWB技术具有高精度定位和高速数据... 详细信息

针对传统的矿用便携式读卡器存在功耗高、携带不便等问题,设计了一种基于UWB与rt-thread的低功耗便携式读卡器,用于在发生紧急情况对佩戴定位卡的人员进行搜救及日常对人员位置快速、准确读取和定位。UWB技术具有高精度定位和高速数据传输特性,使得rt-thread操作系统实时获取和处理读卡器采集的数据,提高读卡器的数据处理速度和定位精度,满足矿井环境下对读卡器的实时性和可靠性的要求。rt-thread操作系统具有轻量级、可裁剪的特性,通过结合UWB技术,根据实际需求对rt-thread操作系统进行裁剪和优化,降低系统功耗,进一步提高读卡器的能效。测试结果表明:低功耗便携式读卡器能准确读取人员位置信息,在静止状态下位置误差最大值为0.22 m,符合煤矿实际应用需求。该设计对于煤矿灾后的科学救援行动及日常系统维护工作具有实际应用价值。

关键词：煤矿井下人员定位便携式读卡器 UWB rt-thread 低功耗

基于rt-thread的工业远程控制器设计

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实验室研究与探索 2013年第9期32卷 61-64页

作者：李琦李梅内蒙古科技大学信息工程学院内蒙古包头014000

以热力站供热系统应用为背景,设计一种基于STM32的模块化通用工业控制器。整个系统分为四个模块,各模块之间采用RS-485总线连接并使用MODBUS协议进行通信。本设计采用国产rtthread操作系统,软件部分采用面向对象的C语言编写,将各功能块... 详细信息

以热力站供热系统应用为背景,设计一种基于STM32的模块化通用工业控制器。整个系统分为四个模块,各模块之间采用RS-485总线连接并使用MODBUS协议进行通信。本设计采用国产rtthread操作系统,软件部分采用面向对象的C语言编写,将各功能块抽象为对象,提高了软件的移植性。论文给出了该系统的总体设计以及各模块的软件设计,具有简单、性价比高、易实现的特点。

关键词：监控系统工业控制器 STM32 MODBUS rt-thread

基于rt-thread的远程家用服务机器人系统开发

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基于RT-thread的远程家用服务机器人系统开发

作者：陈伟浙江工业大学

学位级别：硕士

家用服务机器人发展前景广阔,可以提供安防监控、帮忙家务、娱乐休闲等服务。目前,市场上的家用服务机器人存在售价高、体积大、智能化程度不高等不足,已不能满足市场发展需求。在嵌入式系统和互联网技术迅速发展的今天,有必要整合这些... 详细信息

家用服务机器人发展前景广阔,可以提供安防监控、帮忙家务、娱乐休闲等服务。目前,市场上的家用服务机器人存在售价高、体积大、智能化程度不高等不足,已不能满足市场发展需求。在嵌入式系统和互联网技术迅速发展的今天,有必要整合这些技术开发一款性价比高、体积小巧、智能化程度高的远程家用服务机器人系统,它既具有教育娱乐功能,又能对家庭进行安防监控。论文下位机采用以ARM Cortex-M4为内核的控制核心芯片STM32F407,充分利用了嵌入式处理器高性能、接口丰富、可靠性高等优点,并移植有rt-thread实时操作系统,增强嵌入式系统的实时性和可维护性。上位机控制器采用硬件成熟、软件架构完善的安卓系统智能手机,通过Wi Fi或蓝牙与下位机进行通信,采集下位机的实时视频和传感信息,同时可以远程控制下位机的运动。就此展开如下研究内容:首先对下位机嵌入式系统进行开发,包括硬件设计和软件设计。硬件设计包括原理图设计和PCB设计,由电源管理模块、电机驱动模块、蓝牙遥控模块,OLED显示模块和传感器模块等组成,实现家用服务机器人的运动控制和传感采集。软件系统基于rt-thread实时操作系统作为主体程序设计框架,采用多线程设计方法,设计并实现WiFi蓝牙通信、电机驱动、传感单元、运动单元及OLED显示等的子线程功能模块。使设计的系统构架具有模块化、线程化和实时化,既保证系统的稳定性,同时能够方便功能扩展和完善。其次对远程控制系统进行开发,硬件包括安卓智能手机和WiFi模块,手机上位机通过WiFi与下位机相互通信,实现实时视频监控、传感信息采集和远程运动控制。软件系统基于OpenWrt系统作为主体程序设计框架,采用多线程设计方法,设计并实现网络通信、网络接收、UI设计、rtCP处理及解码显示等的子线程功能模块。使设计的系统构架具有模块化、线程化和实时化,保证系统的稳定性。最后对远程家用服务机器人进行结构设计和调试。调试结果验证本课题开发的远程家用服务机器人系统,能够通过手机上位机实现温湿度、PM2.5、烟雾火焰报警传感数值的采集和远程视频监控,起到安防监测作用;能够远程切换家用服务机器人的运动方式,并控制其运动,达到教育娱乐的目的。论文开发的远程家用服务机器人系统,在性能、功耗、体积等方面满足实际现场应用;在性价比、稳定性、智能化等方面又能满足实际家庭需求。因此,有必要对基于rt-thread的远程家用服务机器人系统进行研究和开发。

关键词：嵌入式系统模块化 rt-thread WiFi Android