Linux on ITRON-ハイブリッド構造の実装

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1 Linux on ITRON ハイブリッド構造の実装

2 目次... 2 Linux Linux Emblix OS... 8 FIFO OS...14 Linux OS /...25 OS...28 ITRON /...30 ITRON...30 ITRON

3 1.Linux におけるリアルタイム処理 Linux RTOS Linux RTOS Linux RTOS Linux RTOS 3

4 2. ハイブリッド構造 Linux RTOS OS CPU Linux RTOS Linux RTOS Linux GNU RTOS 1 1 人間やコンピュータとのコミュニケーション Linux RTOS 機械制御 4

5 3. ハイブリッド技術への期待 ITRON OS ITRON Linux Linux Linux RT Linux TimeSys Linux Linux API Linux API ITRON OS ITRON ITRON OS OS OS Linux ITRON Linux ITRON ITRON Linux ITRON ITRON Linux 5

6 4.Linux を組込みシステムへ活用する試み Emblix Linux Emblix Linux Emblix WG Linux RTOS Linux RTOS OS Linux RTOS Linux RTOS RTOS CPU Linux RTOS Linux Linux Linux RTOS Linux RTOS OS RTOS CPU RTOS Linux RTOS Linux RTOS OS OS OS OS RTOS Linux RTOS 6

7 RTOS RTOS RTOS RTOS Linux Linux Linux RTOS Linux RTOS Linux 2 Linux Linux Linux RTOS Linux Linux RTOS 3 OS OS Linux RTOS FIFO FIFO OS 4 Emblix 2 2 Linux 環境 RTOS 環境 2 Linux RTOS RTOS Linux Linux RTOS OS Linux Linux プロセス Linux デバイスドライバ Linux カーネル 割込み調停機能 RTOS ドライバ OS 間インタフェース RTOS カーネル RTOS タスク OS 間インタフェース機能 7

8 5.OS 間インタフェース Linux RTOS OS OS Emblix FIFO Emblix Linux RTOS API FIFO FIFO Linux RTOS RTOS Linux OS FIFO RTOS ITRON OS FIFO FIFO Linux RTOS RTOS Linux FIFO FIFO RTOS FIFO 3 3 FIFO Linux 環境 RTOS 環境 プロセス タスク バッファ FIFO バッファ バッファ read write write 要求 read 要求 デバイスドライバ OS 間インタフェース機能 データコピー データコピー 8

9 Linux Linux API Linux FIFO open write /read write Linux RTOS read RTOS Linux open API int open(char *pathname, int flags) char *pathname FIFO int flags FIFO open flags O_RDONLY, O_WRONLY, O_RDWR flags OR O_NONBLOCK O_NDELAY non-blocking open read API ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count) int fd FIFO void *buf size_t count RTOS open open FIFO write API ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count) int fd FIFO void *buf size_t count RTOS open open FIFO 9

10 RTOS RTOS API OS FIFO RTOS FIFO Linux Emblix API API ER_INT lii_rea_fif(id fifid, VP buf, INT len, TMO tmout) ID fifid FIFO ID VP buf INT len TMO tmout FIFO ms TMO_POL TMO_FEVR API ER_INT lii_wri_fif(id fifid, VP buf, INT len, TMO tmout) ID fifid FIFO ID VP buf INT len TMO tmout FIFO ms TMO_POL TMO_FEVR API ER lii_rst_fif(id fifid, ATR fifatr) ID fifid FIFO ID ATR fifatr FIFO FIFO FIFO TA_READ FIFO TA_WRITE FIFO TA_READ TA_WRITE FIFO 10

11 Linux RTOS OS RTOS RTOS 4 プロセス アクセス アクセス タスク アンロック デバイスドライバ ロック 共有メモリ領域 アンロック ロック OS 間インタフェース機能 11

12 Linux Linux API Linux open ioctl lock/unlock open API int open(char *pathname, int flags) char *pathname int flags open mmap API void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fd, off_t offset) void *addr size_t len int prot PROT_READ PROT_WRITE int flags MAP_SHARED MAP_PRIVATE int fd off_t offset mmap ioctl ioctl API int ioctl(int fd, int request, int *argp) int fd int request SMBLOCK SMBUNLOCK int *argp SMBLOCK lock SMBUNLOCK unlock 12

13 ITRON ITRON API OS RTOS Linux Emblix API API ER lii_ref_smb(id smbid, T_RSMB *pk_rsmb) ID smbid T_RSMB *pk_rsmb pk_rsmb ID htskid lock ITRON ID ID wtskid ITRON ID INT hlinuxid lock Linux Linux ID INT wlinxid Linux Linux ID VP address SIZE smbsz ( ) INT linno Linux ATR flags smbid pk_rsmb lock API ER lii_loc_smb(id smbid, TMO tmout) ID smbid ID TMO tmout ms ITRON lock lock lock lock Linux lock unlock API ER lii_unl_smb(id smbid) ID smbid ID ITRON unlock lock lock lock lock lock lock Linux lock lock 13

14 6. ハイブリッド構造の構築 Linux RTOS Linux RTOS RTOS Linux OS RTOS OS OS OS Linux A B RTOS X 5 Linux 環境 プロセス A( 実行状態 ) RTOS 環境 タスク X( 割込み待ち ) プロセス B( 事象待ち ) RTOS カーネル (Linux 環境を実行中 ) Linux カーネル ( プロセス A を実行中 ) Linux A RTOS Linux RTOS X Linux A RTOS X RTOS Linux A 14

15 6 RTOS Linux 環境 RTOS 環境 プロセス A( 実行状態 ) タスク X( 実行状態 ) プロセス B( 事象待ち ) RTOS カーネル ( タスク X を実行中 ) Linux カーネル ( プロセス A を実行中 ) Linux 環境のコンテキスト保存 RTOS 側の割込み X Linux B 7 Linux Linux 環境 RTOS 環境 プロセス A( 実行可能状態 ) タスク X( 実行状態 ) プロセス B( 実行状態 ) RTOS カーネル ( タスク X を実行中 ) 起床 Linuxカーネル ( プロセスBを実行中 ) 事象通知 X Linux B Linux B RTOS B X RTOS Linux A Linux B A 15

16 8 Linux Linux 環境 RTOS 環境 プロセス A( 実行可能状態 ) タスク X( 実行状態 ) プロセス B( 実行状態 ) 切替え RTOSカーネル (Linux 環境を実行中 ) Linuxカーネル ( プロセスBを実行中 ) RTOS Linux RTOS Linux Linux Linux RTOS RTOS OS Emblix Linux Linux 16

17 Linux Linux RTOS Linux RTOS RTOS Linux Linux Linux RTOS RTOS Linux Linux RTOS Linux RTOS Linux RTOS RTOS RTOS Linux 9 Linux RTOS Linux 動作環境 RTOS 動作環境 プロセス タスク Linux カーネル タスク ブート 起動 RTOS カーネル 10 Linux Linux Linux 動作環境 プロセス Linux カーネル 保存 コンテキスト 起動 RTOS 動作環境 タスク タスク ブート 復旧 RTOS カーネル 17

18 RTOS RTOS RTOS RTOS Linux Emblix Linux Linux RTOS Linux Linux Linux RTOS RTOS Linux RTOS RTOS RTOS Linux RTOS RTOS RTOS Linux RTOS Linux RTOS RTOS Linux RTOS 11 Linux 割込みハンドラ コンテキスト保存 1 Linux RTOS Linux RTOS RTOS 割込み要因検索 do_irq

19 RTOS Linux Linux RTOS Linux Linux Linux RTOS Linux Linux RTOS RTOS RTOS Linux RTOS Linux RTOS Linux Linux RTOS RTOS 19

20 7. リアルタイム OS とハイブリッド構造 Emblix ITRON OS RTOS RTOS OS RTOS RTOS Linux RTOS RTOS RTOS RTOS RTOS RTOS MMU Linux MMU MMU RTOS CPU RTOS CPU 20

21 8. ハイブリッド構造の実装時の注意 Linux RTOS RTOS RTOS Linux RTOS Linux RTOS OS RTOS CPU RTOS Linux RTOS GNU RTOS GNU RTOS C RTOS Linux ICE ICE J-TAG ROM ICE Linux MMU CPU ICE GNU 21

22 9. 実装例 Linux ITRON RTOS Emblix Linux Hard Hat Linux 2.0 ITRON ITRON3.0 CPU VR4122 / OS Linux ITRON ITRON CPU ITRON Linux ITRON Linux Linux CPU Linux Linux Linux ITRON Linux ITRON VR

23 1 ITRON /************************************** * start_itron * It changes mode from Linux to ITRON * */.text NESTED(start_itron, PT_SIZE, ra).set at.set noreorder # *** disable interrupt addi sp, sp, -4 sw ra, 0(sp) jal _ELX_dis_int # *** save context sw t1, -0x04(sp) # push without sp move la t1, context_reg.set noat sw $1, PT_R1(t1).set at sw $2, PT_R2(t1) CPU sw $3, PT_R3(t1) sw $4, PT_R4(t1) sw $5, PT_R5(t1) sw $6, PT_R6(t1) sw $7, PT_R7(t1) sw $8, PT_R8(t1) lw t0, -0x04(sp) # t0 = $8 sw t0, PT_R9(t1) # pop without sp move sw $10, PT_R10(t1) sw $11, PT_R11(t1) sw $12, PT_R12(t1) sw $13, PT_R13(t1) sw $14, PT_R14(t1) sw $15, PT_R15(t1) sw $16, PT_R16(t1) sw $17, PT_R17(t1) sw $18, PT_R18(t1) sw $19, PT_R19(t1) sw $20, PT_R20(t1) sw $21, PT_R21(t1) sw $22, PT_R22(t1) sw $23, PT_R23(t1) sw $24, PT_R24(t1) sw $25, PT_R25(t1) sw $26, PT_R26(t1) sw $27, PT_R27(t1) sw $28, PT_R28(t1) sw $30, PT_R30(t1) la t0, LOI_LINUX_CONTINUE_HERE sw t0, PT_R31(t1) mfc0 t0, CP0_STATUS # # CP0 hazard # sw t0, PT_STATUS(t1) sw sp, loi_init_sp # Save ICU & cli (Linux -> ITRON) jal loi_switchto_itron la sp, loi_itron_stack # ITRON stack in kernel initialize addi sp, sp, SIZ_STACK j ITRON_main # to ITRON # ************** # # Here is ITRON start up rutine # # ************** LOI_LINUX_CONTINUE_HERE: lw ra, 0(sp) addi sp, sp, 4 jr ra END(start_itron) /************************************** * Symbol Table * */.data.align 4 EXPORT(context_reg).rept PT_SIZE.byte 0x40.endr EXPORT(loi_init_sp).word 0 EXPORT(loi_itron_stack).rept SIZ_STACK.byte 0x40.endr # register saving area # Linux SP ITRON Linux 23

24 2 Linux.text.align 4 EXPORT(XTASK_linux) Linux la t0, context_reg # static area /* restore register */.set noat lw $1, PT_R1(t0).set at lw $2, PT_R2(t0) lw $3, PT_R3(t0) lw $4, PT_R4(t0) lw $5, PT_R5(t0) lw $6, PT_R6(t0) lw $7, PT_R7(t0) # R8 (t0) restore later # R9 (t1) restore later lw $10, PT_R10(t0) lw $11, PT_R11(t0) lw $12, PT_R12(t0) lw $13, PT_R13(t0) lw $14, PT_R14(t0) lw $15, PT_R15(t0) lw $16, PT_R16(t0) lw $17, PT_R17(t0) lw $18, PT_R18(t0) lw $19, PT_R19(t0) lw $20, PT_R20(t0) lw $21, PT_R21(t0) lw $22, PT_R22(t0) lw $23, PT_R23(t0) lw $24, PT_R24(t0) lw $25, PT_R25(t0) lw $26, PT_R26(t0) lw $27, PT_R27(t0) lw $28, PT_R28(t0) # R29(sp) restore from loi_init_sp later lw $30, PT_R30(t0) lw $31, PT_R31(t0) CPU lw t1, PT_STATUS(t0) mtc0 t1, CP0_STATUS # # CP0 hazard # # restore work registers lw $9, PT_R9(t0) # t1 lw $8, PT_R8(t0) # t0 lw $29, loi_init_sp # sp jr $31 # ra 1 LOI_LINUX_CONTINUE_HERE 24

25 / ITRON def_int def_int Linux do_irq VR4122 ITRON Linux CPU ITRON VR4122 Emblix Linux / Linux ITRON Linux Linux Linux ITRON ITRON Linux Linux Linux Linux Linux Linux Linux Linux Linux / ITRON Linux ITRON Linux ITRON 25

26 3 # # interrupt entry #.text.set noreorder NESTED(vr4122_handle_int, PT_SIZE, ra).set noat # Stack Save for Linux SAVE_ALL CLI.set at.set noreorder /* * Get the pending interrupts */ mfc0 t0, CP0_CAUSE mfc0 t1, CP0_STATUS andi t0, 0xff00 and t0, t0, t1 andi t1, t0, CAUSEF_IP7 # timer interrupt beqz t1, 1f li a0, 7 jal ll_timer_interrupt # for Linux only move a1, sp j ret_from_irq 1: andi t1, t0, 0x7800 # check for IP3-6 beqz t1, 2f andi t1, t0, CAUSEF_IP3 # check for IP3 bnez t1, handle_it li a0, 3 andi t1, t0, CAUSEF_IP4 # check for IP4 bnez t1, handle_it li a0, 4 < 中略 > 3: andi t1, t0, CAUSEF_IP0 # check for IP0 bnez t1, handle_it li a0, 0 andi t1, t0, CAUSEF_IP1 # check for IP1 bnez t1, handle_it li a0, 1 j spurious_interrupt handle_it: j do_irq move a1, sp # Delay END(vr4122_handle_int) 26

27 4 do_irq # a0 : interrupt cause No. # # interrupt entry #.text NESTED(do_IRQ, PT_SIZE, ra) CLI # disable interrupt ITRON # GET A CAUSE OF INTERRUPT la t1, YMON_exc_tbl # top address of vector table move t0, a0 sll t0, 2 # * 4 (Align) addu t1, t1, t0 # a0(paramater) : IRQ No. lw t2, 0(t1) # get vector handle beqz t2, _undef_int # handle is undefined -> brunch # SWITCHING TO ITRON, here # save kernel register -> sp is same point as it in interrupt moment sw sw addi sw sw sw k0, PT_R26(sp) k1, PT_R27(sp) sp, sp, -0x0C t0, 0x00(sp) t1, 0x04(sp) ra, 0x08(sp) ITRON Linux ITRON # SWITCH TO ITRON ***** Linux lw t1, YMON_run # Is task Linux? beqz t1, INT_FROM_ITRON # YMON_run == 0 -> XMON_idle: Non-Linux lw t1, TCB_ATR(t1) # andi t1, t1, TA_DIN # Linux Task(DIN Atribute)? beqz t1, INT_FROM_ITRON jal loi_switchto_itron # mask ICU, here INT_FROM_ITRON: # SWITCH TO ITRON ***** jalr t2 # call handler lw lw lw addi t0, 0x00(sp) t1, 0x04(sp) ra, 0x08(sp) sp, sp, 0x0C ITRON CLI # disable interrupt j XMON_int_start # to ITRON # # UNDEFINED INTERRUPT (SWITCHING TO LINUX) _undef_int: # a0: interrupt cause No., here jal do_irq_bh # Linux native IRQ rutine move a1, sp j ret_from_irq # Linux native IRQ rutine ITRON Linux END(do_IRQ) 27

28 OS OS ITRON Linux ITRON Linux ITRON OS ITRON ITRON OS ITRON Linux Linux Linux ITRON ITRON Linux Linux Linux OS FIFO FIFO FIFO FIFO ITRON Linux ITRON ITRON Linux ITRON 12 Linux ITRON API Linux 12 OS API 1 (LinuxからITRONへの経路) メモリブロック取得 メモリプール メモリブロック返却 Linux メッセージ送信 メッセージ受信 ITRON FIFO 方式デバイスドライバ メールボックス FIFO 方式 API 関数 メッセージ受信 メッセージ送信 メモリブロック返却 メールボックス メモリブロック取得 メモリプール (ITRON から Linux への経路 ) 28

29 ITRON ITRON 13 Linux ITRON API lock unlock Linux OS API 2 Linux ITRON 共有メモリブロック方式デバイスドライバ セマフォ取得 セマフォ取得 共有メモリブロック方式 API 関数 セマフォ返却 セマフォ返却 セマフォ ITRON ITRON ITRON Linux ITRON Linux Linux Linux ITRON 29

30 10. その他の実装例 / CPU 86 ITRON Linux Linux / ITRON Linux Linux Linux ITRON ITRON ITRON Linux ITRON GNU ITRON ICE GNU ICE ICE Linux ITRON Linux C ITRON GNU 30

31 ITRON ITRON ROM ITRON ROM ITRON ROM RAM Linux ITRON Linux ITRON ITRON ITRON OS Linux ITRON ITRON ITRON ITRON ROM BSS ITRON ITRON ITRON ITRON OS OS OS Linux ITRON Linux ITRON GPL ITRON 31

32 11. ハイブリッド構造のシステム構築 Linux OS ITRON Linux ITRON ITRON Linux Linux ITRON ITRON Linux ITRON Linux ITRON ITRON Linux Linux 32

33 おわりに Linux RTOS RTOS ITRON RTOS OS 1 TECH I UNIX OS CQ 2 Linux RTOS Emblix WG 3 Linux Interface

( ) 3 1 ( ), ( ).. 1

( ) 3 1 ( ), ( ).. 1 30 2019 1 22 ( ) 3 1 ( ), 2-9 5 ( ).. 1 1. ( T):,? ( O):, T:,? O:!?,!?,... T:,,,? O:!?,,, OS? T:,, SSD, OS, CPU, OS SSD,? O:,,...? T: : OS,,, ( ) (1),. Linux, Unix OS. (2), (permission), (owner)., ( :

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