RISC-V Trådisolering : Med Zephyr RTOS

Many embedded systems lack a memory management unit (MMU) and thus often also lack protection of memory. This causes these systems to be less robust since the operating system (OS), processes, and threads are no longer isolated from each other. This is also a potential security issue and with the number of embedded systems rapidly increasing as a result of the rise of Internet of things (IoT), vulnerabilities like this could become a major problem. However, with a recent update to the RISC-V processor architecture, a possibility to isolate regions of memory without an MMU was introduced. This study aims to identify problems and possibilities of implementing such memory protection with RISC-V. Based on a study of literature and documentation on memory protection and the RISC-V architecture, a prototype was designed and implemented to determine potential problems and evaluate performance in terms of execution time and memory cost. The developed prototype showed aworking implementation of memory protection for the memory regions with RISC-V. The evaluation of the prototype demonstrated an increase in context switch execution time and memory usage. The results indicate that the implemented memory protection comes with an increased cost in performance with a constant factor and a small memory overhead. Therefore, it is recommended that implementations that wish to implement memory protection with RISC-V on smaller embedded systems where time and memory may be crucial takes the overhead in consideration. Further research and testing is needed to identify optimizations that could improve the performance as well as discover security flaws. Många inbyggda system saknar en enhet för minneshantering (s.k. MMU) och saknar därför oftast minnesskydd. Detta leder till att dessa system blir mindre robusta eftersom operativsystemet, processer och trådar inte längre är isolerade från varandra. Detta är också en säkerhetsbrist och med antalet inbyggda system som snabbt ökar på grund av tillväxten av Internet of things (IoT), så kan sårbarheter som denna bli ett stort problem. Med en nyligen introducerad uppdatering av RISC-Vprocessor arkitekturen, så introducerades en möjlighet till att isolera minne utan hjälp av en MMU. Denna studie syftar till att identifiera problem och möjligheter av att implementera sådant minneskydd med RISC-V. Baserat på en studie av litteratur och dokumentation om minnesskydd och RISC-V arkitekturen designades och implementerades en prototyp för att hjälpa till att fastställa problem och möjligheter samt göra en utvärdering med avseende på prestanda- och minneskostnader. Den utvecklade prototypen visade en fungerande implementering av minneskydd för minnesregioner med RISC-V. Utvärderingen av prototypen visade en ökad exekveringstid för kontextbyten och ökad minnesanvändning. Resultaten indikerar att det implementerade minneskyddet kommer med en ökad kostnad i prestanda med en konstant faktor och en liten omkostnad i minne. Därför rekommenderas att implementeringar som vill implementera minneskydd med RISC-V på mindre inbyggda system där tid och minne kan vara avgörande tar hänsyn till omkostnaderna. Ytterligare studier och tester behövs för att identifiera optimeringar som kan förbättra prestandan och upptäcka säkerhetsbrister