1、电 脑 知 识 与 技 术开 发 研 究 与 设 计 技 术 本 栏 目 责 任 编 辑 : 谢 媛 媛1 引 言根 据 应 用 设 计 的 需 求 , 对 D S P 可 用 存 储 空 间 的 分 析 和 配 置 是开 发 过 程 的 第 一 步 , 也 是 设 计 者 需 要 考 虑 的 关 键 问 题 , 因 此 , 存 储空 间 分 配 的 好 坏 不 仅 关 系 到 开 发 设 计 的 成 败 , 而 且 反 映 了 一 个D S P 程 序 员 的 水 平 和 经 验 。 对 于 D S P , 我 们 总 是 遇 到 这 样 的 两 个名 词 , 存 储 器 ( R A M 、
2、 R O M 、 E P R O M 和 F L A S H 等 ) 和 存 储 空 间 ( 程序 存 储 空 间 、 数 据 存 储 空 间 和 I / O 存 储 空 间 ) 。 而 这 两 个 名 词 又 总是 阻 碍 着 D S P 设 计 者 前 进 的 脚 步 , 使 之 望 而 却 步 。 为 此 , 本 文 首 先探 讨 存 储 器 和 存 储 空 间 的 映 射 关 系 的 问 题 。 同 时 , 由 于 D S P 的 广泛 应 用 , 程 序 代 码 不 断 地 增 大 , 这 就 涉 及 到 本 文 要 探 讨 地 第 二 个问 题 , 如 何 合 理 地 配 置 D
3、S P 的 存 储 空 间 , 使 之 更 好 地 利 用 D S P 地内 部 资 源 , 并 以 C 5 4 1 0 型 D S P 为 例 , 给 出 了 存 储 空 间 配 置 的 C M D文 件 。2 C 5 4 x 系 列 D S P 的 存 储 结 构这 里 首 先 介 绍 一 下 一 直 困 扰 D S P 设 计 者 的 两 个 概 念 : 存 储 器和 存 储 空 间 。 存 储 器 是 一 种 物 理 空 间 , 是 D S P 上 可 以 存 放 数 据 和程 序 的 实 际 空 间 ( 包 括 片 内 和 片 外 的 存 储 器 , 如 片 内 的 R A M ,R
4、 O M 和 片 外 的 F L A S H 等 ) 。 数 据 和 程 序 最 终 是 要 放 到 物 理 空 间上 , 但 我 们 并 不 能 直 接 访 问 它 们 , 而 是 必 须 借 助 于 映 射 空 间 才 行 ,二 者 之 间 存 在 着 一 种 映 射 关 系 。 而 存 储 空 间 正 是 这 种 映 射 空 间 ,它 本 身 是 个 “ 虚 ” 空 间 , 是 个 不 存 在 的 空 间 。 所 以 , 往 往 是 映 射 空 间远 远 大 于 实 际 的 物 理 空 间 , 有 些 映 射 空 间 , 如 I O 映 射 空 间 , 它 本身 还 代 表 了 一 种
5、接 口 。 我 们 对 映 射 空 间 的 访 问 , 实 际 上 就 是 对 映射 在 其 上 的 物 理 空 间 的 访 问 , 而 且 只 有 那 些 物 理 空 间 映 射 到 的 映射 空 间 才 是 我 们 真 正 可 访 问 ( 读 或 写 ) 的 存 储 空 间 。C 5 4 x 系 列 D S P 一 般 有 1 9 2 K 字 的 存 储 空 间 , 分 为 三 个 相 互 独立 可 选 择 的 空 间 : 6 4 K 字 的 程 序 存 储 空 间 、 6 4 K 字 的 数 据 存 储 空 间和 6 4 K 字 的 I / O 存 储 空 间 1 。 其 中 程 序 存
6、 储 空 间 存 放 待 执 行 的 指令 和 执 行 过 程 中 所 需 要 的 系 数 表 ( 数 学 用 表 , 常 数 ) , 可 使 用 片 内或 片 外 的 R A M 、 R O M 或 F L A S H 等 来 构 成 ; 数 据 存 储 空 间 存 放 指令 执 行 过 程 中 产 生 的 数 据 , 可 使 用 片 内 或 片 外 的 R A M 和 R O M 来构 成 ; I / O 存 储 空 间 提 供 与 外 部 存 储 器 映 射 的 接 口 , 也 可 以 作 为 外部 数 据 存 储 空 间 使 用 。所 有 C 5 4 x 系 列 D S P 片 内 都
7、 有 随 机 存 储 器 ( R A M ) 和 只 读 存 储器 ( R O M ) , 而 R A M 又 分 为 两 种 类 型 : D A R A M ( 双 访 问 R A M , 每 个机 器 周 期 可 以 访 问 2 次 ) 和 S A R A M ( 单 访 问 R A M , 每 个 机 器 周 期只 能 访 问 1 次 ) 。 各 存 储 器 的 大 小 取 决 于 芯 片 的 型 号 , 如 表 1 所示 。表 1 C 5 4 x 片 内 存 储 器 资 源 配 置 1 2 片 内 高 2 K 字 ( 映 射 到 程 序 空 间 地 址 为 F F 8 0 h F F
8、F F h ) R O M中 的 内 容 是 由 T I 公 司 定 义 并 固 化 其 中 的 , 用 于 快 速 引 导 片 上 或 片外 R A M 的 引 导 加 载 器 。 因 此 小 R O M ( 2 K 字 ) 的 器 件 , 必 须 外 加F L A S H 来 存 放 用 户 程 序 。 大 R O M 的 器 件 , 也 可 以 将 用 户 程 序 编 入其 中 , 但 是 需 要 T I 服 务 商 来 写 入 , 且 不 可 自 由 改 动 , 很 不 方 便 , 所以 一 般 不 用 作 用 户 程 序 区 。 鉴 于 D A R A M 双 存 取 特 点 以 及
9、 D S P 多总 线 流 水 线 结 构 等 的 优 势 , 建 议 使 用 R A M ( 尤 其 是 D A R A M ) 构 成程 序 空 间 。 但 同 时 由 于 R A M 的 掉 电 易 失 性 , 所 以 需 要 外 加 F L A S H来 存 储 程 序 , 在 系 统 上 电 时 可 以 从 F L A S H 中 自 举 引 导 加 载 程 序到 程 序 空 间 ( R A M 中 ) 高 速 运 行 。3 存 储 器 和 存 储 空 间 的 映 射 关 系3 . 1 片 内 存 储 器 映 射针 对 存 储 器 和 存 储 空 间 两 个 不 同 的 概 念 ,
10、本 节 详 细 分 析 C 5 4 x系 列 D S P 的 片 内 存 储 器 的 映 射 关 系 。C 5 4 x 通 过 处 理 器 工 作 方 式 的 状 态 寄 存 器 ( P M S T ) 中 的 3 个 状态 位 , 来 选 择 片 内 存 储 器 作 为 程 序 空 间 或 数 据 空 间 。 这 3 个 状 态位 是 :( 1 ) M P / M C 位 , 决 定 是 否 使 能 片 内 R O M 。 M P / M C = 0 , 片 内 R O M使 能 , 映 射 到 程 序 空 间 ; M P / M C = 1 , 则 片 内 R O M 不 使 能 , 此
11、时 将 不会 用 到 D S P 的 自 引 导 程 序 。 系 统 仅 在 复 位 时 采 样 一 次 M P / M C 引脚 , 并 将 引 脚 值 传 递 给 M P / M C 位 , 而 复 位 后 便 可 通 过 软 件 设 置M P / M C 位 来 禁 止 或 使 能 片 上 R O M 。 在 使 用 仿 真 器 开 发 程 序 时 , 需要 将 M P / M C 置 为 1 , 此 时 D S P 处 于 微 处 理 器 方 式 , 应 用 程 序 通 过T I 公 司 的 D S P 开 发 软 件 C C S ( C o d e C o m p o s e r S
12、 t u d i o ) 在 线 写 入 程序 存 储 区 ; 在 D S P 脱 机 运 行 时 , 需 要 将 M P / M C 清 0 , 此 时 D S P 处于 微 计 算 机 方 式 , D S P 在 上 电 或 复 位 后 , 其 片 内 R O M 中 的 自 举 加载 程 序 将 会 首 先 自 动 运 行 , 将 用 户 程 序 代 码 移 入 程 序 空 间 后 , 再收 稿 日 期 : 2 0 0 7 - 0 8 - 1 1作 者 简 介 : 白 顺 先 ( 1 9 7 9 - ) , 女 , 回 族 , 河 南 新 乡 市 人 , 助 教 , 工 学 学 士 学
13、位 , 研 究 方 向 : D S P 技 术 及 应 用 。T M S 3 2 0 C 5 4 x系 列D S P存 储 器 映 射 及存 储 空 间 配 置 的 研 究白 顺 先 , 马 瑞 士( 西 北 第 二 民 族 学 院 电 气 信 息 工 程 学 院 , 宁 夏 银 川 7 5 0 0 2 1 )摘 要 : 介 绍 了 T M S 3 2 0 C 5 4 x 系 列 D S P 的 存 储 结 构 , 详 细 讨 论 了 存 储 器 和 存 储 空 间 的 映 射 关 系 , 分 析 了 存 储 空 间 的 配 置 方 法 , 并 结 合实 例 给 出 了 C 5 4 1 0 型
14、 D S P 的 存 储 器 映 射 关 系 和 链 接 配 置 文 件 。关 键 词 : D S P ; 存 储 器 ; 存 储 空 间 ; 映 射 ; 链 接 配 置 文 件中 图 分 类 号 : T P 3 1 2 文 献 标 识 码 : A 文 章 编 号 : 1 0 0 9 - 3 0 4 4 ( 2 0 0 7 ) 1 8 - 3 1 6 0 4 - 0 3S t u d y o n t h e M e m o r y M a p p i n g a n d t h e C o n f i g u r a t i o n o f t h e M e m o r y A r e a
15、i n T M S 3 2 0 C 5 4 x S e r i e s D S PB A I S h u n - x i a n , M A R u i - s h i( S c h o o l o f E l e c t r i c a l a n d I n f o r m a t i o n E n g i n e e r i n g , T h e S e c o n d N o r t h w e s t U n i v e r s i t y f o r N a t i o n a l i t i e s , Y i n c h u a n 7 5 0 0 2 1 , C h i
16、n a )A b s t r a c t : T h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e m e m o r y s t r u c t u r e o f T M S 3 2 0 C 5 4 x , d i s c u s s e s t h e m a p p i n g o f m e m o r y a n d m e m o r y a r e a , a n d a n a l y s e st h e c o n f i g u r a t i o n m e t h o d f o r t h e m e m o r y a r e
17、a . W i t h a n e x a m p l e w e i l l u s t r a t e t h e m e m o r y m a p p i n g a n d c o m m a n d f i l e o f C 5 4 1 0 .K e y w o r d s : D S P ; m e m o r y ; m e m o r y a r e a ; m a p p i n g ; c m d f i l e1 6 0 4开 发 研 究 与 设 计 技 术本 栏 目 责 任 编 辑 : 谢 媛 媛将 控 制 权 交 给 用 户 代 码 3 。( 2 ) O V L
18、Y 位 。 O V L Y = 1 , 则 片 内 R A M 映 射 到 程 序 和 数 据 空 间 ,程 序 在 R A M 中 运 行 ; O V L Y = 0 , 则 片 内 R A M 只 映 射 到 数 据 存 储 空间 , 此 时 可 用 一 个 外 部 F L A S H 映 射 到 程 序 空 间 , 程 序 可 在 其 中 运行 。 显 然 这 种 方 式 不 如 程 序 在 片 内 R A M 中 执 行 速 度 快 。( 3 ) D R O M 位 。 对 于 不 同 型 号 的 D S P , D R O M 代 表 不 同 的 意 义 。如 表 1 - 1 所 示
19、 , C 5 4 2 、 C 5 4 3 、 C 5 4 8 片 内 只 有 2 K 字 R O M , 如 前 所 述这 2 K 字 的 内 容 是 由 T I 公 司 定 义 的 , 不 可 修 改 , 也 不 能 用 作 用 户程 序 区 和 数 据 区 , 因 此 D R O M 位 对 此 类 器 件 并 无 影 响 。 对 C 5 4 1 、C 5 4 5 、 C 5 4 6 、 C 5 4 9 、 C 5 4 0 2 而 言 , D R O M 位 决 定 片 内 的 R O M 是 否 部分 映 射 到 数 据 空 间 : D R O M = 1 , 部 分 片 内 R O M
20、 映 射 到 数 据 空 间 ;D R O M = 0 , 片 内 R O M 不 映 射 到 数 据 空 间 。 而 对 C 5 4 1 0 、 C 5 4 1 6 、C 5 4 2 0 ( 无 片 内 R O M ) 而 言 , 片 内 R O M 并 不 映 射 到 数 据 空 间 , 此 时D R O M 位 决 定 数 据 空 间 的 高 3 2 K 字 是 由 片 内 的 R A M 构 成 还 是 由片 外 的 R A M 构 成 : D R O M = 1 , 片 内 排 列 的 第 二 组 3 2 K 字 ( 片 内R A M 的 排 列 是 先 排 D A R A M ,
21、再 排 S A R A M , 3 2 K 为 一 组 。 见 图 1所 示 ) 的 R A M 映 射 到 数 据 空 间 的 高 3 2 K 字 地 址 空 间 ; D R O M = 0 ,则 可 用 片 外 存 储 器 映 射 。图 1 C 5 4 1 0 片 内 R A M 结 构3 . 2 程 序 存 储 空 间 的 分 页 扩 展程 序 设 计 者 可 根 据 片 内 存 储 器 的 大 小 和 不 同 的 应 用 需 求 , 相应 地 配 置 这 3 个 位 , 使 系 统 的 存 储 空 间 满 足 应 用 要 求 。 但 是 由 于程 序 代 码 的 不 断 增 长 , 6
22、 4 K 的 程 序 空 间 已 不 能 满 足 需 要 , 所 以C 5 4 x 系 列 D S P 从 C 5 4 8 开 始 , 地 址 线 增 加 到 了 2 3 根 ( C 5 4 0 2 为 2 0根 , C 5 4 2 0 为 1 8 根 ) , 具 有 8 M 字 的 寻 址 空 间 ( 引 入 了 页 的 概 念 , 每页 6 4 K 字 ) , 为 此 还 增 加 了 一 个 额 外 的 存 储 器 映 像 寄 存 器 程序 计 数 器 扩 展 寄 存 器 X P C ( 当 前 程 序 空 间 地 址 的 高 7 位 ) , 以 及 6条 寻 址 扩 展 程 序 空 间
23、的 指 令 。扩 展 程 序 空 间 的 映 射 由 O V L Y 位 决 定 , X P C 选 择 页 号 ( 对 应0 1 2 7 , 复 位 时 初 始 为 0 ) 。 O V L Y = 0 , 片 内 R A M 不 映 射 到 程 序 空间 , 则 有 1 2 8 个 独 立 的 6 4 K 字 的 程 序 页 可 用 。 O V L Y = 1 , 片 内 R A M将 同 时 映 射 到 数 据 空 间 和 程 序 空 间 的 相 同 位 置 , 此 时 每 页 程 序 空间 分 为 两 部 分 : 一 个 最 大 3 2 K 字 的 公 用 块 和 一 个 特 定 的 3
24、 2 K 字 。所 有 页 的 低 3 2 K 字 空 间 都 映 射 到 片 内 R A M 的 0 0 0 0 0 0 h 0 0 7 F F F h空 间 , 每 页 的 高 3 2 K 空 间 则 必 须 通 过 X P C 指 定 页 号 访 问 。4 存 储 空 间 的 配 置4 . 1 举 例 分 析在 这 里 , 我 们 以 T M S 3 2 0 C 5 4 1 0 为 例 介 绍 如 何 配 置 存 储 空 间 。C 5 4 1 0 片 内 有 1 6 K 字 R O M , 8 K 字 D A R A M 和 5 6 K 字 S A R A M 。 由于 片 内 R O
25、M 的 不 易 修 改 性 和 R A M 的 掉 电 易 失 性 , 因 此 外 加 一 个6 4 K 字 的 F L A S H 存 储 器 ( 映 射 到 程 序 空 间 ) , 用 来 存 储 用 户 程 序和 引 导 程 序 。 自 己 编 写 上 电 引 导 程 序 , 并 和 用 户 程 序 代 码 一 起 烧写 到 位 于 程 序 空 间 的 F L A S H 中 。 对 应 的 存 储 器 映 射 关 系 如 图 2所 示 。 上 电 后 引 导 程 序 把 用 户 程 序 代 码 从 F L A S H 中 加 载 到 程 序空 间 的 R A M 中 运 行 。 这 种
26、 方 法 不 但 不 占 用 数 据 空 间 的 资 源 , 而 且可 以 使 程 序 在 片 内 R A M 中 高 速 运 行 。 上 电 引 导 加 载 过 程 分 为 以下 四 个 步 骤 4 : ( 1 ) 上 电 时 , 把 C 5 4 1 0 的 M P / M C 引 脚 接 高 电 平 , 这样 程 序 将 从 片 外 F L A S H 的 0 F F 8 0 H 处 开 始 执 行 。 在 F L A S H 中 , 从0 F F 8 0 H 到 0 F F F F H 共 8 0 H 个 存 储 单 元 里 存 放 有 中 断 向 量 表 , 其中 0 F F 8 0
27、H 为 复 位 中 断 向 量 的 入 口 地 址 。 ( 2 ) 在 0 F F 8 0 H 处 执 行 一条 跳 转 指 令 , 跳 转 到 上 电 引 导 程 序 的 入 口 地 址 处 。 假 设 这 个 引 导程 序 位 于 F L A S H 中 从 0 F 8 0 0 H 开 始 的 存 储 单 元 里 , 那 么 这 个 入 口地 址 就 是 0 F 8 0 0 H 。 ( 3 ) 执 行 引 导 程 序 , 从 引 导 表 中 读 出 用 户 代 码 段的 长 度 、 源 地 址 和 目 的 地 址 , 然 后 根 据 这 些 参 数 从 源 地 址 中 读 取用 户 代 码
28、 , 再 写 入 到 目 的 地 址 中 。 其 中 , 源 地 址 指 向 程 序 空 间 的F L A S H , 目 的 地 址 指 向 程 序 空 间 的 R A M 。 ( 4 ) 在 引 导 程 序 的 最 后 再执 行 一 条 跳 转 指 令 , 跳 转 到 用 户 程 序 入 口 处 继 续 运 行 。 由 此 可 以看 出 , 上 电 引 导 加 载 过 程 中 需 要 四 部 分 内 容 , 即 用 户 程 序 、 中 断 向量 表 、 上 电 引 导 程 序 和 引 导 表 。 这 四 部 分 内 容 都 可 以 自 己 编 写 程序 烧 写 到 F L A S H 的
29、相 应 地 址 中 。图 2 C 5 4 1 0 的 存 储 器 映 射 关 系 ( M P / M C = 1 , O V L Y = 1 , D R O M = 1 )4 . 2 C M D 文 件 的 编 写汇 编 器 和 链 接 器 产 生 的 目 标 文 件 采 用 C O F F ( C o m m o n O b j e c tF i l e F o r m a t ) 公 共 目 标 文 件 格 式 , 代 码 和 数 据 块 是 按 段 ( S e c t i o n ) 来组 织 和 存 储 的 , 便 于 模 块 化 编 程 。 链 接 器 的 作 用 是 将 由 汇 编
30、 器 产生 的 O B J 文 件 ( 目 标 文 件 ) 作 为 输 入 块 , 将 相 应 的 段 结 合 在 一 起 产生 可 执 行 的 输 出 模 块 , 并 将 输 出 的 段 分 配 到 存 储 器 中 的 指 定 地 址 5 。 完 成 这 个 任 务 的 是 C M D 文 件 ( 链 接 器 配 置 文 件 或 链 接 命 令 文件 ) , 简 称 为 命 令 文 件 。 其 中 关 键 是 M E M O R Y 和 S E C T I O N S 两 个伪 指 令 的 使 用 。C M D 文 件 由 3 部 分 组 成 : 输 入 / 输 出 文 件 定 义 : .
31、o b j 文 件 :链 接 器 要 链 接 的 目 标 文 件 ; . l i b 文 件 : 链 接 器 要 链 接 的 库 文 件 ; .m a p 文 件 : 链 接 器 生 成 的 存 储 器 映 射 文 件 ; . o u t 文 件 : 链 接 器 生 成的 可 执 行 代 码 文 件 ; M E M O R Y 命 令 : 配 置 目 标 存 储 器 , 建 立 模型 ; S E C T I O N S 命 令 : 根 据 这 个 模 型 来 安 排 各 个 段 的 存 放 位 置 。按 照 上 节 例 子 , 程 序 中 需 要 定 义 了 四 个 基 本 的 段 , 段 名
32、 分 别取 为 “ . t e x t ” 、 “ . v e c t o r s ” 、 “ . b o o t ” 和 “ . t a b l e ” , 它 们 的 内 容 分 别 对 应 于用 户 程 序 、 中 断 向 量 表 、 上 电 引 导 程 序 和 引 导 表 。 烧 写 程 序 完 成 把四 个 段 的 内 容 烧 写 到 F L A S H 存 储 器 中 。 另 外 , 还 有 “ . b s s ” 、 “ . d a t a ”和 “ . s t a c k ” , 它 们 的 内 容 分 别 对 应 于 未 初 始 化 的 变 量 、 初 始 化 的 数据 和
33、堆 栈 段 。 本 例 中 , 假 设 “ . t e x t ” 段 的 长 度 位 1 0 0 0 H , 它 被 烧 写 到F L A S H 中 从 0 8 0 0 0 H 开 始 的 存 储 单 元 , 上 电 后 将 被 加 载 到 程 序 空间 中 从 2 0 0 0 H 开 始 的 存 储 单 元 中 。 对 应 的 目 标 程 序 的 链 接 配 置 文件 如 下 :/ * * 输 入 、 输 出 文 件 * * /f i l e . o b j / / 指 定 目 标 文 件- o p r o g . o u t / / 命 名 输 出 文 件- m p r o g . m
34、 / / 创 建 输 出 M A P 文 件/ * * 指 定 存 储 器 配 置 * * /M E M O R YP A G E 0 : V E C T : o r i g i n = 0 x f f 8 0 , l e n = 0 x 8 0E P R O G 1 : o r i g i n = 0 x 2 0 0 0 , l e n = 0 x 1 0 0 0E P R O G 2 : o r i g i n = 0 x 3 0 0 0 , l e n = 0 x 1 0 0 0P A G E 1 : S T A C K : o r i g i n = 0 x 3 e 0 0 , l e
35、 n = 0 x 1 0 0I D A T A : o r i g i n = 0 x 4 0 0 0 , l e n = 0 x 4 0 0 0/ * * 指 定 输 出 段 定 位 * * /1 6 0 5电 脑 知 识 与 技 术开 发 研 究 与 设 计 技 术 本 栏 目 责 任 编 辑 : 谢 媛 媛S E C T I O N S. v e c t o r s : V E C T P A G E 0. t e x t : E P R O G 1 P A G E 0. b o o t : E P R O G 2 P A G E 0. t a b l e : I D A T A P A
36、 G E 1. d a t a : I D A T A P A G E 1. b s s : I D A T A P A G E 1. s t a c k : S T A C K P A G E 15 结 束 语随 着 D S P 应 用 领 域 的 不 断 拓 广 , 程 序 代 码 的 不 断 增 加 , 使 得存 储 空 间 的 配 置 显 得 越 来 越 重 要 。 根 据 开 发 需 求 选 择 合 适 的 D S P芯 片 , 并 加 以 扩 展 的 片 外 存 储 器 , 正 确 地 划 分 程 序 和 数 据 空 间 中各 段 的 大 小 , 合 理 地 配 置 存 储 空 间
37、 , 将 使 空 间 利 用 率 大 大 提 高 。参 考 文 献 : 1 支 长 义 , 程 志 平 , 陈 书 立 . 等 . D S P 原 理 及 开 发 应 用 M . 北 京 :北 京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 , 2 0 0 6 . 8 . 2 戴 明 桢 , 周 建 江 . T M S 3 2 0 C 5 4 x D S P 结 构 、 原 理 及 应 用 M .北 京 : 北 京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 , 2 0 0 1 . 1 1 . 3 胡 海 鹏 , 魏 丰 . T M S 3 2 0 C 5 4 X 系 列 D S P 存 储 空 间 的 配
38、置 方 法研 究 J . 电 测 与 仪 表 , 2 0 0 5 年 第 6 期 , 4 7 - 5 0 . 4 雷 勇 . D S P 系 统 设 计 与 实 践 M . 北 京 : 电 子 工 业 出 版 社 ,2 0 0 4 . 8 . 5 刘 益 成 . T M S 3 2 0 C 5 4 x D S P 应 用 程 序 设 计 与 开 发 M . 北 京 : 北京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 , 2 0 0 2 . 5 .( 上 接 第 1 5 6 3 页 )域 名 系 统 ( D N S ) 是 一 种 用 于 T C P / I P 应 用 程 序 的 分 布 式 数 据
39、库 , 它 提 供 主 机 名 字 和 I P 地 址 之 间 的 转 换 信 息 。 通 常 , 网 络 用 户通 过 U D P 协 议 和 D N S 服 务 器 进 行 通 信 , 而 服 务 器 在 特 定 的 5 3 端口 监 听 , 并 返 回 用 户 所 需 的 相 关 信 息 。 D N S 协 议 不 对 转 换 或 信 息性 的 更 新 进 行 身 份 认 证 , 这 使 得 该 协 议 被 人 以 一 些 不 同 的 方 式 加以 利 用 。 当 攻 击 者 危 害 D N S 服 务 器 并 明 确 地 更 改 主 机 名 I P 地址 映 射 表 时 , D N S
40、 欺 骗 就 会 发 生 。 这 些 改 变 被 写 入 D N S 服 务 器 上的 转 换 表 。 因 而 , 当 一 个 客 户 机 请 求 查 询 时 , 用 户 只 能 得 到 这 个 伪造 的 地 址 , 该 地 址 是 一 个 完 全 处 于 攻 击 者 控 制 下 的 机 器 的 I P 地址 。 因 为 网 络 上 的 主 机 都 信 任 D N S 服 务 器 , 所 以 一 个 被 破 坏 的D N S 服 务 器 可 以 将 客 户 引 导 到 非 法 的 服 务 器 , 也 可 以 欺 骗 服 务 器相 信 一 个 I P 地 址 确 实 属 于 一 个 被 信 任
41、客 户 。1 . 4 常 见 的 计 算 机 网 络 攻 击 方 式( 1 ) 计 算 机 网 络 监 听 攻 击 : 计 算 机 网 络 监 听 是 一 种 监 视 计 算 机网 络 状 态 、 数 据 流 以 及 计 算 机 网 络 上 传 输 信 息 的 管 理 工 具 , 它 可以 将 计 算 机 网 络 接 口 设 置 在 监 听 模 式 , 并 且 可 以 截 获 计 算 机 网 络上 传 输 的 信 息 , 取 得 目 标 主 机 的 超 级 用 户 权 限 。 作 为 一 种 发 展 比较 成 熟 的 技 术 , 监 听 在 协 助 计 算 机 网 络 管 理 员 监 测 计
42、算 机 网 络 传输 数 据 、 排 除 计 算 机 网 络 故 障 等 方 面 具 有 不 可 替 代 的 作 用 。 然 而 ,在 另 一 方 面 计 算 机 网 络 监 听 也 给 计 算 机 网 络 安 全 带 来 了 极 大 的隐 患 , 当 信 息 传 播 的 时 候 , 只 要 利 用 工 具 将 计 算 机 网 络 接 口 设 置在 监 听 的 模 式 , 就 可 以 将 计 算 机 网 络 中 正 在 传 播 的 信 息 截 获 , 从而 进 行 攻 击 。 计 算 机 网 络 监 听 在 计 算 机 网 络 中 的 任 何 一 个 位 置 模式 下 都 可 实 施 进 行
43、。 而 入 侵 者 一 般 都 是 利 用 了 计 算 机 网 络 监 听 工具 来 截 获 用 户 口 令 的 。( 2 ) 缓 冲 区 溢 出 攻 击 : 简 单 地 说 就 是 程 序 对 接 受 的 输 入 数 据 没有 进 行 有 效 检 测 导 致 的 错 误 , 后 果 可 能 造 成 程 序 崩 溃 或 者 是 执 行攻 击 者 的 命 令 。 U N I X 和 W i n d o w s 本 身 以 及 在 这 两 个 系 统 上 运 行的 许 多 应 用 程 序 都 是 C 语 言 编 写 的 , C 、 C + + 语 言 对 数 组 下 标 访 问越 界 不 做 检
44、查 , 是 引 起 缓 冲 区 溢 出 的 根 本 原 因 。 在 某 些 情 况 下 , 如果 用 户 输 入 的 数 据 长 度 超 过 应 用 程 序 给 定 的 缓 冲 区 , 就 会 覆 盖 其他 数 据 区 。 这 就 称 “ 缓 冲 区 溢 出 ” 。( 3 ) 拒 绝 服 务 攻 击 : 拒 绝 服 务 攻 击 , 即 攻 击 者 想 办 法 让 目 标 机器 停 止 提 供 服 务 或 资 源 访 问 。 这 些 资 源 包 括 磁 盘 空 间 、 内 存 、 进 程甚 至 计 算 机 网 络 带 宽 , 从 而 阻 止 正 常 用 户 的 访 问 。 最 常 见 的 拒 绝
45、服 务 攻 击 有 计 算 机 网 络 带 宽 攻 击 和 连 通 性 攻 击 。 带 宽 攻 击 指 极 大的 通 信 量 冲 击 计 算 机 网 络 , 使 得 所 有 的 计 算 机 网 络 资 源 都 被 消 耗殆 尽 , 最 终 计 算 机 无 法 再 处 理 合 法 用 户 的 请 求 。 这 是 由 计 算 机 网络 协 议 本 身 的 安 全 缺 陷 造 成 的 , 从 而 拒 绝 服 务 攻 击 也 成 为 了 攻 击者 的 终 极 手 法 。 攻 击 者 进 行 拒 绝 服 务 攻 击 , 实 际 上 让 服 务 器 实 现两 种 效 果 : 一 是 迫 使 服 务 器 缓
46、 冲 区 满 负 荷 , 不 接 受 新 的 请 求 ; 二 是使 用 I P 欺 骗 , 迫 使 服 务 器 把 合 法 用 户 的 连 接 复 位 , 影 响 合 法 用 户的 连 接 。2 计 算 机 网 络 安 全 防 御 策 略计 算 机 网 络 技 术 本 身 在 物 理 上 、 操 作 上 和 管 理 上 的 种 种 漏 洞构 成 了 系 统 的 安 全 脆 弱 性 , 尤 其 是 多 用 户 计 算 机 网 络 系 统 自 身 的复 杂 性 、 资 源 共 享 性 使 得 多 种 技 术 组 合 应 用 变 得 非 常 必 要 。 攻 击者 使 用 的 是 “ 最 易 渗 透
47、原 则 ” , 必 然 在 最 有 利 的 时 间 地 点 , 从 系 统最 薄 弱 的 地 方 进 行 攻 击 。 因 此 , 充 分 、 全 面 、 完 整 地 对 系 统 安 全 漏洞 和 安 全 威 胁 进 行 分 析 、 评 估 和 检 测 , 从 计 算 机 网 络 的 各 个 层 次进 行 技 术 防 范 是 设 计 计 算 机 网 络 安 全 防 御 系 统 的 必 要 条 件 。 目 前采 用 的 技 术 要 主 要 有 加 密 、 认 证 、 访 问 控 制 、 防 火 墙 技 术 、 入 侵 检测 、 安 全 协 议 、 漏 洞 扫 描 、 病 毒 防 治 、 数 据 备
48、 份 和 硬 件 冗 余 等 。2 . 1 建 立 安 全 实 时 响 应 和 应 急 恢 复 的 整 体 防 御没 有 百 分 之 百 安 全 和 保 密 的 计 算 机 网 络 信 息 , 因 此 要 求 计 算机 网 络 在 被 攻 击 和 破 坏 时 能 够 及 时 发 现 , 及 时 反 映 , 尽 可 能 快 地恢 复 计 算 机 网 络 信 息 中 心 的 服 务 , 减 少 损 失 。 所 以 , 计 算 机 网 络 安全 系 统 应 该 包 括 : 安 全 防 护 机 制 、 安 全 监 测 机 制 、 安 全 反 应 机 制 和安 全 恢 复 机 制 。安 全 防 护 机
49、制 是 指 根 据 系 统 具 体 存 在 的 各 种 安 全 漏 洞 和 安全 威 胁 采 取 相 应 的 防 护 措 施 , 避 免 非 法 攻 击 的 进 行 ;安 全 监 测 机 制 是 指 检 测 系 统 的 运 行 情 况 , 及 时 发 现 对 系 统 进行 的 各 种 攻 击 ;安 全 反 应 机 制 , 能 对 攻 击 作 出 及 时 的 反 映 , 有 效 制 止 攻 击 的进 行 , 防 止 损 失 扩 大 ;安 全 恢 复 机 制 , 能 在 安 全 防 护 机 制 失 效 的 情 况 下 , 进 行 应 急处 理 和 尽 量 及 时 地 恢 复 信 息 , 降 低 攻 击 的 破 坏 程 度 。2 . 2 建 立 分 层 管 理 和 各 级 安 全 管 理 中 心建 立 多 级 安 全 层 次 和 安 全 级 别 。 将 计 算 机 网 络 安 全 系 统 应 用分 为 不 同 的 级 别 。 包 括 : 对 信 息 保 密 程 度 的 分 级 ( 绝 密 、 机 密 、 秘密 、 普 密 ) ; 对 用 户 操 作 权 限 分 级 ; 对 计 算 机 网 络 安 全 程 度 分 级 ; 对系 统 实
