博学公司欲针对Linux操作系统开发一个KWIC（KeyWordInContext）检索系统。该系统接收用户输入的查询关键字，依据字母顺序给出相关帮助文档并根据帮助内容进行循环滚动阅读。在对KWIC系统进行需求分析时，公司的业务专家发现用户后续还有可能采用其他方式展示帮助内容。根据目前需求，公司的技术人员决定通过重复剪切帮助文档中的第一个单词并将其插入到行尾的方式实现帮助文档内容的循环滚动，后续还将采用其他的方法实现这一功能。
在对KWIC系统的架构进行设计时，公司的架构师王工提出采用共享数据的主程序-子程序的架构风格，而李工则主张采用管道-过滤器的架构风格。在架构评估会议上，大家从系统的算法变更、功能变更、数据表示变更和性能等方面对这两种方案进行评价，最终采用了李工的方案。

信息系统安全
某企业根据业务扩张的要求，需要将原有的业务系统扩展到互联网上，建立自己的B2C业务系统，此时系统的安全性成为一个非常重要的设计需求。为此，该企业向软件开发商提出如下要求：
①合法用户可以安全地使用该系统完成业务。
②灵活的用户权限管理。
③保护系统数据的安全，不会发生信息泄露和数据损坏。
④防止来自于互联网上的各种恶意攻击。
⑤业务系统涉及各种订单和资金的管理，需要防止授权侵犯。
⑥业务系统直接面向最终用户，需要在系统中保留用户使用痕迹，以应对可能的商业诉讼。
该软件开发商接受任务后，成立方案设计小组，提出的设计方案是：在原有业务系统的基础上，保留了原业务系统中的认证和访问控制模块；为了防止来自互联网的威胁，增加了防火墙和入侵检测系统。
企业和软件开发商共同组成方案评审会，对该方案进行了评审，各位专家对该方案提出了多点不同意见。李工认为，原业务系统只针对企业内部员工，采用了用户名/密码方式是可以的，但扩展为基于互联网的B2C业务系统后，认证方式过于简单，很可能造成用户身份被盗取：王工认为，防止授权侵犯和保留用户痕迹的要求在方案中没有体现。而刘工则认为，即使是在原有业务系统上的扩展与改造，也必须全面考虑信息系统面临的各种威胁，设计完整的系统安全架构，而不是修修补补。

信息系统安全
某企业根据业务扩张的要求，需要将原有的业务系统扩展到互联网上，建立自己的B2C业务系统，此时系统的安全性成为一个非常重要的设计需求。为此，该企业向软件开发商提出如下要求：
①合法用户可以安全地使用该系统完成业务。
②灵活的用户权限管理。
③保护系统数据的安全，不会发生信息泄露和数据损坏。
④防止来自于互联网上的各种恶意攻击。
⑤业务系统涉及各种订单和资金的管理，需要防止授权侵犯。
⑥业务系统直接面向最终用户，需要在系统中保留用户使用痕迹，以应对可能的商业诉讼。
该软件开发商接受任务后，成立方案设计小组，提出的设计方案是：在原有业务系统的基础上，保留了原业务系统中的认证和访问控制模块；为了防止来自互联网的威胁，增加了防火墙和入侵检测系统。
企业和软件开发商共同组成方案评审会，对该方案进行了评审，各位专家对该方案提出了多点不同意见。李工认为，原业务系统只针对企业内部员工，采用了用户名/密码方式是可以的，但扩展为基于互联网的B2C业务系统后，认证方式过于简单，很可能造成用户身份被盗取：王工认为，防止授权侵犯和保留用户痕迹的要求在方案中没有体现。而刘工则认为，即使是在原有业务系统上的扩展与改造，也必须全面考虑信息系统面临的各种威胁，设计完整的系统安全架构，而不是修修补补。

信息系统安全
某企业根据业务扩张的要求，需要将原有的业务系统扩展到互联网上，建立自己的B2C业务系统，此时系统的安全性成为一个非常重要的设计需求。为此，该企业向软件开发商提出如下要求：
①合法用户可以安全地使用该系统完成业务。
②灵活的用户权限管理。
③保护系统数据的安全，不会发生信息泄露和数据损坏。
④防止来自于互联网上的各种恶意攻击。
⑤业务系统涉及各种订单和资金的管理，需要防止授权侵犯。
⑥业务系统直接面向最终用户，需要在系统中保留用户使用痕迹，以应对可能的商业诉讼。
该软件开发商接受任务后，成立方案设计小组，提出的设计方案是：在原有业务系统的基础上，保留了原业务系统中的认证和访问控制模块；为了防止来自互联网的威胁，增加了防火墙和入侵检测系统。
企业和软件开发商共同组成方案评审会，对该方案进行了评审，各位专家对该方案提出了多点不同意见。李工认为，原业务系统只针对企业内部员工，采用了用户名/密码方式是可以的，但扩展为基于互联网的B2C业务系统后，认证方式过于简单，很可能造成用户身份被盗取：王工认为，防止授权侵犯和保留用户痕迹的要求在方案中没有体现。而刘工则认为，即使是在原有业务系统上的扩展与改造，也必须全面考虑信息系统面临的各种威胁，设计完整的系统安全架构，而不是修修补补。

实时系统
博学公司承担了一项嵌入式系统软件开发项目。该项目主要用于车载电子系统中监视发动机及燃油系统等系统工作状况，并通过综合仪表显示给驾驶员。经过多次与用户沟通，形成以下技术要求：
（1）本项目的硬件平台由主处理机模块和多种接口模块组成，底板采用标准VME总线（硬件结构图见图12-8），具体硬件模块配置如下：
①主处理机模块（CPM）采用PowerPC755，主频266MHz，配有SDRAM存储器和FLASH存储器；提供一个定时/计数器；支持16级中断和二级Cache。
②输入输出模块（IOC）支持16路RS422接口信号，传输速率不低于115.2kbps，IOC模块与CPM模块的数据交换采用64KB双端口存储器。
③离散量接口模块（DAM）支持64路开关型离散量输入输出接口；2路频率量输入；12位A/D转换器和12位D/A转换器。
④图形处理模块（GPM）用于显示图形，支持OpenGL标准接口软件。
⑤MBI模块主要提供1553B外总线接口，PSM为电源支持模块。
（2）本项目软件主要工作在CPM模块中，完成对外部设备的数据采集、分析和相应的控制，将监视结果以图形方式显示给驾驶员。该系统的软件主要包括外部接口驱动软件、VME数据传输软件、处理软件、图形显示和外总线（1553B）数据交换软件。要求数据的采集必须确保每帧数据无丢失，并在本帧内完成数据的处理工作，本帧信息显示给驾驶员的时刻最晚不能超过下一帧。详细的技术要求如下：
①16路RS422接口主要完成对汽车燃油系统、动力系统和驾驶员命令的数据采集与控制。RS422数据传输格式将以32B为基本数据块，分别以20ms、40ms、60ms、1s这4个不同周期交换数据。
②64路离散量数据主要监控发动机工作状态，要求每10ms采集一次，并在下一个10ms周期内将发动机状况显示到驾驶员座舱。
③多路模拟量数据主要采集发动机转速、油量及汽车的其他数据，为驾驶员监控汽车状态提供必要的量化数据。模拟量数据的刷新频率为1s。
④外总线（1553B）主要完成该系统与汽车其他电子系统的数据交换。
公司将本项目交给项目主管李工实施，要求李工按技术要求完成本项目的软件设计工作，公司根据合同关于"数据的采集必须确保每帧数据无丢失，并在本帧内完成数据的处理工作，本帧信息显示给驾驶员的时刻最晚不能超过下一帧"的要求，提醒李工设计中重点考虑整个系统的实时性问题。李工完成设计后，提交公司评审，会上就李工设计中存在的缺陷展开了激烈讨论，最终达成一致。

实时系统
博学公司承担了一项嵌入式系统软件开发项目。该项目主要用于车载电子系统中监视发动机及燃油系统等系统工作状况，并通过综合仪表显示给驾驶员。经过多次与用户沟通，形成以下技术要求：
（1）本项目的硬件平台由主处理机模块和多种接口模块组成，底板采用标准VME总线（硬件结构图见图12-8），具体硬件模块配置如下：
①主处理机模块（CPM）采用PowerPC755，主频266MHz，配有SDRAM存储器和FLASH存储器；提供一个定时/计数器；支持16级中断和二级Cache。
②输入输出模块（IOC）支持16路RS422接口信号，传输速率不低于115.2kbps，IOC模块与CPM模块的数据交换采用64KB双端口存储器。
③离散量接口模块（DAM）支持64路开关型离散量输入输出接口；2路频率量输入；12位A/D转换器和12位D/A转换器。
④图形处理模块（GPM）用于显示图形，支持OpenGL标准接口软件。
⑤MBI模块主要提供1553B外总线接口，PSM为电源支持模块。
（2）本项目软件主要工作在CPM模块中，完成对外部设备的数据采集、分析和相应的控制，将监视结果以图形方式显示给驾驶员。该系统的软件主要包括外部接口驱动软件、VME数据传输软件、处理软件、图形显示和外总线（1553B）数据交换软件。要求数据的采集必须确保每帧数据无丢失，并在本帧内完成数据的处理工作，本帧信息显示给驾驶员的时刻最晚不能超过下一帧。详细的技术要求如下：
①16路RS422接口主要完成对汽车燃油系统、动力系统和驾驶员命令的数据采集与控制。RS422数据传输格式将以32B为基本数据块，分别以20ms、40ms、60ms、1s这4个不同周期交换数据。
②64路离散量数据主要监控发动机工作状态，要求每10ms采集一次，并在下一个10ms周期内将发动机状况显示到驾驶员座舱。
③多路模拟量数据主要采集发动机转速、油量及汽车的其他数据，为驾驶员监控汽车状态提供必要的量化数据。模拟量数据的刷新频率为1s。
④外总线（1553B）主要完成该系统与汽车其他电子系统的数据交换。
公司将本项目交给项目主管李工实施，要求李工按技术要求完成本项目的软件设计工作，公司根据合同关于"数据的采集必须确保每帧数据无丢失，并在本帧内完成数据的处理工作，本帧信息显示给驾驶员的时刻最晚不能超过下一帧"的要求，提醒李工设计中重点考虑整个系统的实时性问题。李工完成设计后，提交公司评审，会上就李工设计中存在的缺陷展开了激烈讨论，最终达成一致。

实时系统
博学公司承担了一项嵌入式系统软件开发项目。该项目主要用于车载电子系统中监视发动机及燃油系统等系统工作状况，并通过综合仪表显示给驾驶员。经过多次与用户沟通，形成以下技术要求：
（1）本项目的硬件平台由主处理机模块和多种接口模块组成，底板采用标准VME总线（硬件结构图见图12-8），具体硬件模块配置如下：
①主处理机模块（CPM）采用PowerPC755，主频266MHz，配有SDRAM存储器和FLASH存储器；提供一个定时/计数器；支持16级中断和二级Cache。
②输入输出模块（IOC）支持16路RS422接口信号，传输速率不低于115.2kbps，IOC模块与CPM模块的数据交换采用64KB双端口存储器。
③离散量接口模块（DAM）支持64路开关型离散量输入输出接口；2路频率量输入；12位A/D转换器和12位D/A转换器。
④图形处理模块（GPM）用于显示图形，支持OpenGL标准接口软件。
⑤MBI模块主要提供1553B外总线接口，PSM为电源支持模块。
（2）本项目软件主要工作在CPM模块中，完成对外部设备的数据采集、分析和相应的控制，将监视结果以图形方式显示给驾驶员。该系统的软件主要包括外部接口驱动软件、VME数据传输软件、处理软件、图形显示和外总线（1553B）数据交换软件。要求数据的采集必须确保每帧数据无丢失，并在本帧内完成数据的处理工作，本帧信息显示给驾驶员的时刻最晚不能超过下一帧。详细的技术要求如下：
①16路RS422接口主要完成对汽车燃油系统、动力系统和驾驶员命令的数据采集与控制。RS422数据传输格式将以32B为基本数据块，分别以20ms、40ms、60ms、1s这4个不同周期交换数据。
②64路离散量数据主要监控发动机工作状态，要求每10ms采集一次，并在下一个10ms周期内将发动机状况显示到驾驶员座舱。
③多路模拟量数据主要采集发动机转速、油量及汽车的其他数据，为驾驶员监控汽车状态提供必要的量化数据。模拟量数据的刷新频率为1s。
④外总线（1553B）主要完成该系统与汽车其他电子系统的数据交换。
公司将本项目交给项目主管李工实施，要求李工按技术要求完成本项目的软件设计工作，公司根据合同关于"数据的采集必须确保每帧数据无丢失，并在本帧内完成数据的处理工作，本帧信息显示给驾驶员的时刻最晚不能超过下一帧"的要求，提醒李工设计中重点考虑整个系统的实时性问题。李工完成设计后，提交公司评审，会上就李工设计中存在的缺陷展开了激烈讨论，最终达成一致。

李工在设计IOC模块软件时指出：为了使CPM模块能够及时处理RS422数据，在IOC与CPM间的双端口存储器中为每个422通道设计一级缓冲，当某通道接收一个字节时，就将数据放入缓冲，由CPM接收（其结构见图12-9）。这样的好处在于每当有数据输入时，CPM模块可立即读取，而增大双口缓冲的目的是在CPM来不及处理时可防止数据的丢失。同时，IOC中的程序相对简单、实时性好、可以不考虑422通道的数据传输周期，只要按查询方式对16路422输入进行查询读取即可。
会上，王工提出了强烈的反对意见，认为这种设计方法绝对不可取，这种方法只考虑了软件的简单与便利，而没有针对软件特点考虑问题，在设计中对实时性、负载平衡分配以及实现算法上均存在缺陷，必须改进。
（1）你认为李工的设计在实时性、负载平衡分配和实现算法上存在怎样的缺陷？详细说明理由。
（2）请给出IOC模块和CPM模块之间双口存储器数据交换方法。

嵌入式软件体系架构
博学公司承担了一项宇航嵌入式设备的研制任务。本项目除对硬件设备环境有很高的要求外，还要求支持以下功能：
①设备由多个处理机模块组成，需要时外场可快速更换（即LRM结构）。
②应用软件应与硬件无关，便于软硬件的升级。
⑨由于宇航嵌入式设备中要支持不同功能，系统应支持完成不同功能任务间的数据隔离。
④宇航设备可靠性要求高，系统要有故障处理能力。
公司在接到此项任务后，进行了反复论证，提出三层栈（TLS）软件总体架构，如图12-7所示，并将软件设计工作交给了李工，要求其在3周内完成软件总体设计工作，给出总体设计方案。

嵌入式软件体系架构
博学公司承担了一项宇航嵌入式设备的研制任务。本项目除对硬件设备环境有很高的要求外，还要求支持以下功能：
①设备由多个处理机模块组成，需要时外场可快速更换（即LRM结构）。
②应用软件应与硬件无关，便于软硬件的升级。
⑨由于宇航嵌入式设备中要支持不同功能，系统应支持完成不同功能任务间的数据隔离。
④宇航设备可靠性要求高，系统要有故障处理能力。
公司在接到此项任务后，进行了反复论证，提出三层栈（TLS）软件总体架构，如图12-7所示，并将软件设计工作交给了李工，要求其在3周内完成软件总体设计工作，给出总体设计方案。

在TLS软件架构的基础上，关于选择哪种类型的嵌入式操作系统问题，李工与总工程师发生了严重分歧。李工认为，宇航系统是实时系统，操作系统的处理时间越快越好，隔离意味着以时间作代价，没有必要，建议选择类似于VxWorks5.5的操作系统；总工程师认为，应用软件间隔离是宇航系统安全性要求，宇航系统在选择操作系统时必须考虑这一点，建议选择类似于Linux的操作系统。
请说明两种操作系统的主要差异，完成表12-8中的空白部分，并针对本任务要求，用200字以内的文字说明你选择操作系统的类型和理由。

嵌入式软件体系架构
博学公司承担了一项宇航嵌入式设备的研制任务。本项目除对硬件设备环境有很高的要求外，还要求支持以下功能：
①设备由多个处理机模块组成，需要时外场可快速更换（即LRM结构）。
②应用软件应与硬件无关，便于软硬件的升级。
⑨由于宇航嵌入式设备中要支持不同功能，系统应支持完成不同功能任务间的数据隔离。
④宇航设备可靠性要求高，系统要有故障处理能力。
公司在接到此项任务后，进行了反复论证，提出三层栈（TLS）软件总体架构，如图12-7所示，并将软件设计工作交给了李工，要求其在3周内完成软件总体设计工作，给出总体设计方案。