一种TA抢占调度方法、装置、设备及可读存储介质与流程

一种ta抢占调度方法、装置、设备及可读存储介质
技术领域
1.本技术涉及嵌入式技术领域，特别涉及一种ta抢占调度方法、装置、设备及可读存储介质。


背景技术：

2.在arm_v8_m(一种架构)的trustzone(trustzone是arm提出的一种基于硬件的系统级安全解决方案)里将运行环境分为安全与非安全环境。其中，tf-m(trustedfirmware form)是运行在安全环境下的组件，其通过在非安全下的psafunctionalapis(平台安全架构功能接口)与安全环境交互，以实现非安全调用安全分区服务的功能。
3.相关技术中，tf-m这个线程模型架构只能支持在非安全世界同一时刻进行一个线程调用，即不能支持多线程并发的调用安全世界。
4.在此背景下，有必要设计一种ta(trustedapplication，可信应用)多会话抢占调度功能来丰富tf-m的功能，以使得tf-m能够支持多线程并发的调用安全世界。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的缺陷，本技术的目的在于提供一种ta抢占调度方法、装置、设备及可读存储介质。
6.第一方面，提供了一种ta抢占调度方法，包括以下步骤：
7.获取rtos的ca线程，并为每一个ca线程分配一对应的tee侧的ns线程实例；
8.创建一ta上下文管理组件于tee侧，以实现ns线程实例的管理和分配；
9.基于所述ta上下文管理组件，rtos侧进行ca线程的调度运行，以实现多个ca对单个ta的抢占调度，以及多个ca对多个ta的抢占调度。
10.一些实施例中，基于分配的ns线程实例接收ca侧的请求，以调用svc进入内核实现调度，且调度完成后返回。
11.一些实施例中，所述创建一ta上下文管理组件于tee侧，以实现ns线程实例的管理和分配，包括：
12.在tee侧创建ta上下文管理组件；
13.基于创建的ta上下文管理组件，实现抢占调度时对ns线程实例和ta线程实例的管理、对ns线程实例的分配、管理ns线程实例和ta线程实例的调度运行，以及响应rtos侧的请求。
14.一些实施例中，所述基于所述ta上下文管理组件，rtos侧进行ca线程的调度运行，包括：
15.当ca线程初始化时，调用ns线程实例并对ns线程实例进行初始化；
16.当ca线程退出时，调用ns线程实例并对ns线程实例进行反初始化；
17.当ca线程调度运行时，请求ta上下文管理组件调度ns线程实例和ta线程实例并运行；
18.当ca线程挂起时，请求ta上下文管理组件挂起ns线程实例和ta线程实例并运行。
19.一些实施例中，对于多个ca对单个ta的抢占调度，具体包括：
20.ta被实例化多个，每次实例化时均有其对应的线程栈和堆空间，且每次实例化的线程栈之间以及堆空间之间均隔离运行；
21.rtos调度多个ca对单个ta的抢占运行，单个ca对应访问ta的不同实例，且实例间的计算互不影响。
22.一些实施例中，对于多个ca对多个ta的抢占调度，具体包括：
23.多个ta间隔离运行，且每个ta均可被调度抢占；
24.rtos调度多个ca对多个ta的抢占运行，多个ca同时对多个ta进行访问，且不同ta的实例间的计算互不影响。
25.一些实施例中，在实现多个ca对单个ta的抢占调度以及多个ca对多个ta的抢占调度的过程中，通过内存保护单元进行访问资源隔离。
26.第二方面，提供了一种ta抢占调度装置，包括：
27.分配单元，其用于获取rtos的ca线程，并为每一个ca线程分配一对应的tee侧的ns线程实例；
28.创建单元，其用于创建一ta上下文管理组件于tee侧，以实现ns线程实例的管理和分配；
29.调度单元，其用于基于所述ta上下文管理组件，rtos侧进行ca线程的调度运行，以实现多个ca对单个ta的抢占调度，以及多个ca对多个ta的抢占调度。
30.第三方面，提供了一种ta抢占调度设备，包括：存储器和处理器，所述存储器中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行，以实现前述的ta抢占调度方法。
31.第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，以实现前的ta抢占调度方法。
32.本技术提供了一种ta抢占调度方法、装置、设备及可读存储介质，包括获取rtos的ca线程，并为每一个ca线程分配一对应的tee侧的ns线程实例；创建一ta上下文管理组件于tee侧，以实现ns线程实例的管理和分配；基于所述ta上下文管理组件，rtos侧进行ca线程的调度运行，以实现多个ca对单个ta的抢占调度，以及多个ca对多个ta的抢占调度。通过本技术，在tf-m架构中实现了ta多会话抢占调度，以使得ca侧可以同时打开多个ta，而不需要等待上一个ta执行完就能执行下一个ta，进而保证每个ca想要访问ta时都能及时响应而无需等待。
附图说明
33.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1为本技术实施例提供的一种ta抢占调度方法的流程示意图；
35.图2为本技术实施例提供的一种ta抢占调度装置的结构示意图；
36.图3为本技术实施例提供的一种ta抢占调度设备的结构示意图。
具体实施方式
37.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
38.图1是本技术实施例提供的一种ta抢占调度方法，包括以下步骤：
39.步骤s10：获取rtos(real time operating system，实时操作系统)的ca(clientapplication，客户端应用)线程，并为每一个ca线程分配一对应的tee(trusted execution environment，可信执行环境)侧的ns线程(non secure agent，非安全世界代理通过线程)实例；其中，基于分配的ns线程实例接收ca侧的请求，以调用svc(系统服务调用)进入内核实现调度，且调度完成后返回。
40.示范性的，在本实施例中，在获取到rtos的ca线程时，将为每一个rtos的ca线程分配一个对应的tee侧的ns线程实例。其中，对于ns线程实例而言，其只需要处理来自ca侧的请求发起，然后调用svc进入内核实现调度，并在调度完成后返回。由此可见，这中间的栈空间消耗比较小，每个ns线程实例只需要极小的栈空间资源。
41.步骤s20：创建一ta上下文管理组件于tee侧，以实现ns线程实例的管理和分配；
42.本实施例中，创建一ta上下文管理组件于tee侧，以实现ns线程实例的管理和分配，具体包括以下步骤：
43.在tee侧创建ta上下文管理组件；
44.基于创建的ta上下文管理组件，实现抢占调度时对ns线程实例和ta线程实例的管理、对ns线程实例的分配、管理ns线程实例和ta线程实例的调度运行，以及响应rtos侧的请求。
45.示范性的，本实施例将在tee侧增加一个ta上下文管理组件，以用于抢占调度时对实例的管理、分配初始化ns线程实例、管理ns线程实例和ta线程实例的调度运行，以及响应rtos侧的请求。
46.步骤s30：基于所述ta上下文管理组件，rtos侧进行ca线程的调度运行，以实现多个ca对单个ta的抢占调度，以及多个ca对多个ta的抢占调度。
47.示范性的，在本实施例中，当rtos侧在进行ca线程的调度运行时，需要适配tee侧的ta上下文管理组件，以实现多个ca对单个ta的抢占调度以及多个ca对多个ta的抢占调度，即在实现ta的一个抢占调度不需要等待上一个ta执行完就能执行下一个ta，进而保证每个ca想要访问ta时都能及时响应而无需等待，从而使得tf-m架构可支持ta的多会话和多实例，即在tf-m架构中实现了ta多会话抢占调度，有效丰富了tf-m架构的功能。
48.进一步的，所述基于所述ta上下文管理组件，rtos侧进行ca线程的调度运行，包括：
49.当ca线程初始化时，调用ns线程实例并对ns线程实例进行初始化；
50.当ca线程退出时，调用ns线程实例并对ns线程实例进行反初始化；
51.当ca线程调度运行时，请求ta上下文管理组件调度ns线程实例和ta线程实例并运
行；
52.当ca线程挂起时，请求ta上下文管理组件挂起ns线程实例和ta线程实例并运行。
53.示范性的，在本实施例中，rtos侧在进行ca线程的调度运行时需要适配tee侧的上下文管理组件，具体的：在ca线程初始化时，调用ns线程实例并对其进行初始化；在ca线程退出时，调用ns线程实例并对其进行反初始化；在ca线程调度运行时，请求ta上下文管理组件调度ns/ta的线程实例并运行；在ca线程挂起时，请求ta上下文管理组件挂起ns/ta的线程实例并运行。
54.进一步的，对于多个ca对单个ta的抢占调度，具体包括：
55.ta被实例化多个，每次实例化时均有其对应的线程栈和堆空间，且每次实例化的线程栈之间以及堆空间之间均隔离运行；
56.rtos调度多个ca对单个ta的抢占运行，单个ca对应访问ta的不同实例，且实例间的计算互不影响。
57.示范性的，应当理解的是，在实际的ta并发抢占调度操作时，通常会出现以下2种调用模式：模式1、多个ca能访问单个ta；模式2、多个ca能访问多个ta。其中，对于模式1而言，多个ca能访问单个ta(即ta需要配置为多实例模式)，在这种调用模式下，ta将被实例化多个，且每次实例化时ta都有自己的线程栈和堆空间，它们之间是完全隔离运行的，且是可以被调度抢占的。
58.需要说明的是，ta在运行时可能被会中断，然后返回到非安全区，另一个ca/ta则会调用(恢复)运行。如果rtos调度的是另一个ca侧以调度运行该ca，如果另一个ca已经调用了ta但被抢占，那调度该ca时，将被先恢复到ta运行的位置再由ta返回到该ca运行。
59.对于模式1的抢占：非安全区调度rtos调度两个ca的抢占运行，在同时访问单个ta的多实例中，该单个ta对应的实例1和实例2的计算过程不会相互影响，并在运行完后检查两个ta实例最终各自的计算结果是否正常。
60.进一步的，对于多个ca对多个ta的抢占调度，具体包括：
61.多个ta间隔离运行，且每个ta均可被调度抢占；
62.rtos调度多个ca对多个ta的抢占运行，多个ca同时对多个ta进行访问，且不同ta的实例间的计算互不影响。
63.示范性的，在本实施例中，对于模式2而言，多个ca能访问多个ta，在这种调用模式下，不同ta之间是完全隔离运行的，且是可以被调度抢占的。需要说明的是，ta在运行时可能被会中断，然后返回到非安全区，另一个ca/ta会调用(恢复)运行。
64.对于模式2的抢占：例如两个ca同时访问不同的两个ta，非安全区调度rtos调度两个ca的抢占运行，在同时访问这两个ta时，ta1实例和ta2实例的计算过程不会相互影响，并在运行完后检查两个ta最终各自的计算结果是否正常。
65.由此可见，本实施例可支持多个ca线程到多个ta、多个会话及会话的抢占调度，在mcu上支持多个线程ca同时调用ta功能，并支持ca之间调用ta的抢占切换，以使得tee处理能力更合理。
66.进一步的，在实现多个ca对单个ta的抢占调度以及多个ca对多个ta的抢占调度的过程中，通过内存保护单元进行访问资源隔离。
67.示范性的，本实施例中，在实现多个ca对单个ta的抢占调度以及多个ca对多个ta
的抢占调度的过程中，将基于硬件mpu内存保护单元进行访问资源隔离，进而支持tee与ta、ta与ta之间的隔离，以达到psa3级的安全等级要求，从而在tf-m架构中实现ta多会话抢占调度的同时，还能保证不会影响tf-m架构的原有安全性能。
68.此外，本实施例还将实时监测ta运行异常，并支持内存权限检查、支持ta异常中止以及支持ta现场日志保存等，进而为tf-m提供额外附加的检测异常、日志保存等功能。
69.综上，本技术在tf-m架构中实现了ta多会话抢占调度，以使得当前ta的一个抢占调度不需要等待上一个ta执行完后才能执行下一个ta，从而保证了每个ca想要访问tee ta时都能够及时响应，而不需要等待，并在实现ta多会话抢占调度功能的同时满足安全标准，此外还额外提供了附加的检测异常、日志保存等功能。
70.参见图2所示，本技术实施例还提供了一种ta抢占调度装置，包括：
71.分配单元，其用于获取rtos的ca线程，并为每一个ca线程分配一对应的tee侧的ns线程实例；
72.创建单元，其用于创建一ta上下文管理组件于tee侧，以实现ns线程实例的管理和分配；
73.调度单元，其用于基于所述ta上下文管理组件，rtos侧进行ca线程的调度运行，以实现多个ca对单个ta的抢占调度，以及多个ca对多个ta的抢占调度。
74.进一步的，基于分配的ns线程实例接收ca侧的请求，以调用svc进入内核实现调度，且调度完成后返回。
75.进一步的，所述创建单元具体用于：
76.在tee侧创建ta上下文管理组件；
77.基于创建的ta上下文管理组件，实现抢占调度时对ns线程实例和ta线程实例的管理、对ns线程实例的分配、管理ns线程实例和ta线程实例的调度运行，以及响应rtos侧的请求。
78.进一步的，所述调度单元具体用于：
79.当ca线程初始化时，调用ns线程实例并对ns线程实例进行初始化；
80.当ca线程退出时，调用ns线程实例并对ns线程实例进行反初始化；
81.当ca线程调度运行时，请求ta上下文管理组件调度ns线程实例和ta线程实例并运行；
82.当ca线程挂起时，请求ta上下文管理组件挂起ns线程实例和ta线程实例并运行。
83.进一步的，对于多个ca对单个ta的抢占调度，具体包括：
84.ta被实例化多个，每次实例化时均有其对应的线程栈和堆空间，且每次实例化的线程栈之间以及堆空间之间均隔离运行；
85.rtos调度多个ca对单个ta的抢占运行，单个ca对应访问ta的不同实例，且实例间的计算互不影响。
86.进一步的，对于多个ca对多个ta的抢占调度，具体包括：
87.多个ta间隔离运行，且每个ta均可被调度抢占；
88.rtos调度多个ca对多个ta的抢占运行，多个ca同时对多个ta进行访问，且不同ta的实例间的计算互不影响。
89.进一步的，在实现多个ca对单个ta的抢占调度以及多个ca对多个ta的抢占调度的
过程中，通过内存保护单元进行访问资源隔离。
90.需要说明的是，所属本领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和各单元的具体工作过程，可以参考前述ta抢占调度方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
91.上述实施例提供的装置可以实现为一种计算机程序的形式，该计算机程序可以在如图3所示的ta抢占调度设备上运行。
92.本技术实施例还提供了一种ta抢占调度设备，包括：通过系统总线连接的存储器、处理器和网络接口，存储器中存储有至少一条指令，至少一条指令由处理器加载并执行，以实现前述的ta抢占调度方法的全部步骤或部分步骤。
93.其中，网络接口用于进行网络通信，如发送分配的任务等。本领域技术人员可以理解，图3中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
94.处理器可以是cpu，还可以是其他通用处理器、dsp(digital signal processor，数字信号处理器)、asic(application specific integrated circuit，专用集成电路)、fpga(field programmable gatearray，现场可编程逻辑门阵列)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器，或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，处理器是计算机装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个计算机装置的各个部分。
95.存储器可用于存储计算机程序和/或模块，处理器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现计算机装置的各种功能。存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如视频播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如视频数据、图像数据等)等。此外，存储器可以包括高速随存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘、smc(smartmedia card，智能存储卡)、sd(secure digital，安全数字)卡、闪存卡(flash card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件或其他易失性固态存储器件。
96.本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现前述的ta抢占调度方法的全部步骤或部分步骤。
97.本技术实施例实现前述的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、rom(read-only memory，只读存储器)、ram(randomaccess memory，随机存取存储器)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
98.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、服务器或计算
机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
99.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
100.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
101.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种ta抢占调度方法，其特征在于，包括以下步骤：获取rtos的ca线程，并为每一个ca线程分配一对应的tee侧的ns线程实例；创建一ta上下文管理组件于tee侧，以实现ns线程实例的管理和分配；基于所述ta上下文管理组件，rtos侧进行ca线程的调度运行，以实现多个ca对单个ta的抢占调度，以及多个ca对多个ta的抢占调度。2.如权利要求1所述的ta抢占调度方法，其特征在于：基于分配的ns线程实例接收ca侧的请求，以调用svc进入内核实现调度，且调度完成后返回。3.如权利要求1所述的一种ta抢占调度方法，其特征在于，所述创建一ta上下文管理组件于tee侧，以实现ns线程实例的管理和分配，包括：在tee侧创建ta上下文管理组件；基于创建的ta上下文管理组件，实现抢占调度时对ns线程实例和ta线程实例的管理、对ns线程实例的分配、管理ns线程实例和ta线程实例的调度运行，以及响应rtos侧的请求。4.如权利要求3所述的ta抢占调度方法，其特征在于，所述基于所述ta上下文管理组件，rtos侧进行ca线程的调度运行，包括：当ca线程初始化时，调用ns线程实例并对ns线程实例进行初始化；当ca线程退出时，调用ns线程实例并对ns线程实例进行反初始化；当ca线程调度运行时，请求ta上下文管理组件调度ns线程实例和ta线程实例并运行；当ca线程挂起时，请求ta上下文管理组件挂起ns线程实例和ta线程实例并运行。5.如权利要求4所述的ta抢占调度方法，其特征在于，对于多个ca对单个ta的抢占调度，具体包括：ta被实例化多个，每次实例化时均有其对应的线程栈和堆空间，且每次实例化的线程栈之间以及堆空间之间均隔离运行；rtos调度多个ca对单个ta的抢占运行，单个ca对应访问ta的不同实例，且实例间的计算互不影响。6.如权利要求4所述的ta抢占调度方法，其特征在于，对于多个ca对多个ta的抢占调度，具体包括：多个ta间隔离运行，且每个ta均可被调度抢占；rtos调度多个ca对多个ta的抢占运行，多个ca同时对多个ta进行访问，且不同ta的实例间的计算互不影响。7.如权利要求1所述的ta抢占调度方法，其特征在于：在实现多个ca对单个ta的抢占调度以及多个ca对多个ta的抢占调度的过程中，通过内存保护单元进行访问资源隔离。8.一种ta抢占调度装置，其特征在于，包括：分配单元，其用于获取rtos的ca线程，并为每一个ca线程分配一对应的tee侧的ns线程实例；创建单元，其用于创建一ta上下文管理组件于tee侧，以实现ns线程实例的管理和分配；调度单元，其用于基于所述ta上下文管理组件，rtos侧进行ca线程的调度运行，以实现多个ca对单个ta的抢占调度，以及多个ca对多个ta的抢占调度。9.一种ta抢占调度设备，其特征在于，包括：存储器和处理器，所述存储器中存储有至
少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行，以实现权利要求1至7中任一项所述的ta抢占调度方法。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，以实现权利要求1至7中任一项所述的ta抢占调度方法。

技术总结
本申请涉及一种TA抢占调度方法、装置、设备及可读存储介质，涉及嵌入式技术领域，包括获取RTOS的CA线程，并为每一个CA线程分配一对应的TEE侧的NS线程实例；创建一TA上下文管理组件于TEE侧，以实现NS线程实例的管理和分配；基于所述TA上下文管理组件，RTOS侧进行CA线程的调度运行，以实现多个CA对单个TA的抢占调度，以及多个CA对多个TA的抢占调度。通过本申请，在TF-M架构中实现了TA多会话抢占调度，以使得CA侧可以同时打开多个TA，而不需要等待上一个TA执行完就能执行下一个TA，进而保证每个CA想要访问TA时都能及时响应而无需等待。CA想要访问TA时都能及时响应而无需等待。CA想要访问TA时都能及时响应而无需等待。


技术研发人员：彭修杰 周杰 肖灵 董逢华
受保护的技术使用者：武汉天喻信息产业股份有限公司
技术研发日：2023.04.14
技术公布日：2023/7/22