📚 课程目录第3章验证内存保护机制

3. 验证内存保护机制

任务目标

在VxWorks安全分区环境中，通过构造一次越界内存访问，验证分区内存保护机制是否能够正确拦截非法访问并触发异常处理，从而确认分区间的内存隔离有效。

实现原理

VxWorks 7 的安全分区基于MPU（内存保护单元）实现地址空间隔离。每个分区拥有独立的虚拟地址映射和访问权限。当代码尝试访问不属于当前分区的地址（如越界数组、空指针解引用或访问其他分区地址）时，MPU会触发数据访问异常（data abort）。本案例通过注册异常钩子函数，捕获该异常并输出诊断信息，以此证明保护机制生效。

完整实现代码

#include <vxWorks.h>
#include <taskLib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <memPartLib.h>
#include <arch/arm/armV7Lib.h>

/* 异常钩子函数：捕获数据访问异常 */
static void memFaultHook(void *arg, EXC_INFO *pExcInfo)
{
    printf("[MEM-PROTECT] 捕获到异常! 类型=0x%x, 地址=0x%x\n",
           pExcInfo->excType, pExcInfo->excAddr);
    printf("[MEM-PROTECT] 分区内存保护已生效，非法访问被拦截\n");
}

/* 越界访问测试任务 */
static void violationTask(void)
{
    volatile unsigned char *badPtr;
    volatile unsigned char val;

    printf("[TEST] 任务开始，尝试越界访问...\n");

    /* 构造一个越界地址：指向当前任务栈底之外 */
    badPtr = (volatile unsigned char *)0x20000000;  /* 故意使用无效地址 */
    val = *badPtr;  /* 触发数据访问异常 */

    /* 若未触发异常（保护未生效），则执行到这里 */
    printf("[TEST] 警告：越界访问未被拦截！内存保护可能未生效\n");
    (void)val;
}

/* 主测试入口 */
void memProtectTest(void)
{
    int taskId;

    /* 注册异常钩子 */
    excHookAdd(memFaultHook, NULL);
    printf("[TEST] 异常钩子已注册\n");

    /* 创建并启动越界访问任务 */
    taskId = taskSpawn("tMemViol", 100, 0, 20000,
                       (FUNCPTR)violationTask, 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0);
    if (taskId == ERROR) {
        printf("[TEST] 任务创建失败\n");
        return;
    }

    taskDelay(100);  /* 等待任务执行完成 */
    printf("[TEST] 测试流程结束\n");
}

编译与部署

在VxWorks 7工程中创建源文件 memProtectTest.c，将上述代码完整粘贴。
确保工程已启用安全分区功能（在VIP中配置 INCLUDE_SECURE_PARTITIONS）。
编译生成VxWorks镜像并下载到目标板。

运行与验证方法

在VxWorks shell中调用测试入口：

-> memProtectTest

观察串口输出，预期结果如下：

[TEST] 异常钩子已注册
[TEST] 任务开始，尝试越界访问...
[MEM-PROTECT] 捕获到异常! 类型=0x2, 地址=0x20000000
[MEM-PROTECT] 分区内存保护已生效，非法访问被拦截
[TEST] 测试流程结束

判定标准

通过：串口输出包含 [MEM-PROTECT] 捕获到异常 且地址为 0x20000000，说明MPU正确拦截了越界访问。
失败：输出 越界访问未被拦截，说明内存保护未生效，需检查分区配置或MPU初始化。

常见问题

异常类型值：ARM架构下数据访问异常类型通常为 0x2（Data Abort），具体值取决于处理器实现。
地址选择：0x20000000 为示例地址，实际应选择一个当前分区未映射的地址空间。若该地址恰好被映射，可改用 NULL 或栈边界外地址。
钩子未触发：确认 excHookAdd 调用成功，且异常未被更高级别的处理函数提前捕获。