Thesis--Brunswick. / In Periodical Room.

Freiburg, Univ., Diss., 2002.

Techn. Universiẗat, Diss., 2005--München.

Chemnitz, Techn. Univ., Diplomarb., 2007.

University, Diss., 2002--Freiburg (Breisgau).

In Verbindung mit eingebetteten Systemen spielte Sicherheit in der Vergangenheit eher eine untergeordnete Rolle. Im Vordergrund standen vorhersagbare Ausführungszeiten und der finanzielle Rahmen. Aufgrund der zunehmenden Vernetzung und der Konzentration mehrerer Anwendungen auf einen Prozessor gewinnt dieser Gesichtspunkt jedoch stärker an Bedeutung. Der Blackfin-Prozessor des Herstellers Analog Devices, welcher die Konzepte von Mikrocontroller und digitalem Signalprozessor in sich vereint, entspricht diesem Trend, indem er die Möglichkeit des Speicherschutzes integriert. Das Betriebssystem uClinux wurde speziell auf die Bedürfnisse von eingebetteten Systemen angepasst, da es im Gegensatz zu Linux keinen virtuellen Speicher unterstützt. Es wurde zwar bereits auf die Architektur des Blackfin Prozessors portiert, verfügte jedoch bisher nicht über nennenswerte Mechanismen zum Schutz des Speichers. Der Hauptteil dieser Diplomarbeit besteht deshalb darin, Linux’ Speicherverwaltung zu analysieren, einen ähnlichen Ansatz in uClinux zu implementieren und schließlich den Einfluss auf die Leistung des Systems zu ermitteln. Die entstandene Realisierung schützt sowohl den Speicher einzelner Prozesse als auch den des Betriebssystemkerns. Obwohl die Lösung im Moment noch prototypischen Charakter besitzt, ist sie bereits voll funktionsfähig. Des Weiteren diskutiert die Arbeit auch den Ansatz des alleinigen Kernel-Schutzes und unterbreitet einen Vorschlag zur Verringerung der Interrupt-Latenzzeit. / In the past, embedded system’s security has been often omitted in order to trade it for system cost and more predictable execution timings. Due to the pressure induced by increased networking and multitasking, this issue is getting more important. Therefore, Analog Devices’ Blackfin processor, which combines capabilities of signal processing and controlling, additionally provides means for memory protection. The operating system uClinux, which is especially suitable for embedded systems because support for Virtual Memory has been removed, has already been ported to the Blackfin architecture, but still lacks support for memory protection. Thus, the main effort of this thesis consists of analysing Linux’s memory management, reimplementing similar approaches into the uClinux kernel, and measuring the resulting overhead. The implemented protection scheme does secure both particular processes and kernel space. Even if it is still in a prototypical state, memory protection is fully functional. In addition, approaches for exclusive kernel protection and reducing interrupt latency are discussed.

In Verbindung mit eingebetteten Systemen spielte Sicherheit in der Vergangenheit eher eine untergeordnete Rolle. Im Vordergrund standen vorhersagbare Ausführungszeiten und der finanzielle Rahmen. Aufgrund der zunehmenden Vernetzung und der Konzentration mehrerer Anwendungen auf einen Prozessor gewinnt dieser Gesichtspunkt jedoch stärker an Bedeutung. Der Blackfin-Prozessor des Herstellers Analog Devices, welcher die Konzepte von Mikrocontroller und digitalem Signalprozessor in sich vereint, entspricht diesem Trend, indem er die Möglichkeit des Speicherschutzes integriert. Das Betriebssystem uClinux wurde speziell auf die Bedürfnisse von eingebetteten Systemen angepasst, da es im Gegensatz zu Linux keinen virtuellen Speicher unterstützt. Es wurde zwar bereits auf die Architektur des Blackfin Prozessors portiert, verfügte jedoch bisher nicht über nennenswerte Mechanismen zum Schutz des Speichers. Der Hauptteil dieser Diplomarbeit besteht deshalb darin, Linux’ Speicherverwaltung zu analysieren, einen ähnlichen Ansatz in uClinux zu implementieren und schließlich den Einfluss auf die Leistung des Systems zu ermitteln. Die entstandene Realisierung schützt sowohl den Speicher einzelner Prozesse als auch den des Betriebssystemkerns. Obwohl die Lösung im Moment noch prototypischen Charakter besitzt, ist sie bereits voll funktionsfähig. Des Weiteren diskutiert die Arbeit auch den Ansatz des alleinigen Kernel-Schutzes und unterbreitet einen Vorschlag zur Verringerung der Interrupt-Latenzzeit. / In the past, embedded system’s security has been often omitted in order to trade it for system cost and more predictable execution timings. Due to the pressure induced by increased networking and multitasking, this issue is getting more important. Therefore, Analog Devices’ Blackfin processor, which combines capabilities of signal processing and controlling, additionally provides means for memory protection. The operating system uClinux, which is especially suitable for embedded systems because support for Virtual Memory has been removed, has already been ported to the Blackfin architecture, but still lacks support for memory protection. Thus, the main effort of this thesis consists of analysing Linux’s memory management, reimplementing similar approaches into the uClinux kernel, and measuring the resulting overhead. The implemented protection scheme does secure both particular processes and kernel space. Even if it is still in a prototypical state, memory protection is fully functional. In addition, approaches for exclusive kernel protection and reducing interrupt latency are discussed.