SpeC記述のC記述への変換 （SpecCによるソフトウェア記述の実装記述への変換）

Transcription

1 TOPPERS プロジェクトプレス発表 2009 年 4 月 23 日 TOPPERS/FMP カーネル TraceLogVisualizer(TLV) 本田晋也 名古屋大学大学院情報科学研究科附属組込みシステム研究センター (NCES) 助教 honda@ertl.jp 1

2 TOPPERS/FMP カーネル 2

3 組込みシステムにおけるマルチプロセッサの利用 大きく二つの理由により利用が進んでいる 性能向上と消費電力削減の両立 低性能 CPU 複数個の消費電力 < 高性能 CPU1 個の性能 消極的なマルチプロセッサの利用 ソフトウェアエンジニアとしては高性能で低消費電力なプロセッサが使いたい 要件の異なるサブシステムの組み合わせ リアルタイム性と高機能性の両立 携帯電話, カーナビ,NC 工作機 サブシステムの設計の容易化 積極的なマルチプロセッサの利用 3

4 マルチプロセッサ対応 RTOS の必要性 (1/2) シングルプロセッサ用 RTOS の利用 各プロセッサに独立にシングルプロセッサ用のリアルタイム OS を載せる ( プロセッサによっては OS レスも ) プロセッサ間通信 プロセッサ間の同期 通信は,(OS ではなく ) アプリケーションソフトウェアレベルで実現する必要がある アプリケーション毎に開発する必要がある ある処理を別のプロセッサに移そうとすると, 同期 通信部分のプログラムの作り直しが必要 アプリレベル通信 タスク 12 を Core2 へ移動 API が異なるため書き直しが必要 OS API による通信 4

5 マルチプロセッサ対応 RTOS の必要性 (2/2) タスクマイグレーション 動的な負荷分散が必要な場合は, アプリケーションレベルで実現する必要がある アプリケーション毎の作り込みが必要 それぞれのコアに同じ処理を実行するタスクを用意して, 必要に応じで起動するコアを変更する 実行途中状態での処理の切り替えは困難 5

6 マルチプロセッサ向け OS の機能 (1/2) プロセッサ間通信のサポート アプリケーション毎にプロセッサ間の同期 通信を実現する必要がないため, 開発工数が減少する プロセッサ内通信と互換の同期 通信機能 ある処理を別のプロセッサに ( 動的にも静的にも ) 容易に移動できる タスク 12 を Core2 へ移動 API が変わらないため, 書き直しは不要 6

7 マルチプロセッサ向け OS の機能 (2/2) 動的な処理の割り当て ( 場合によっては ) 負荷に応じて, スループットが最大になるよう, 処理 ( タスク ) を動的にプロセッサに割り当てる タスクの途中状態での移動が可能 タスク切り替えと同じタイミングで可能 組込みシステムにおいては, リアルタイム性の観点からデメリットとなる場合があるので, 理解した上で使用することが重要 ( 後述 ) 動的に実行するコアが決定される 7

8 OS サポートの視点からのマルチプロセッサの分類 対称型マルチプロセッサOS(SMP-OS) プロセッサ内通信と互換のプロセッサ間通信 動的な処理 ( タスク ) の割り当て非対称型マルチプロセッサOS(AMP-OS) プロセッサ内通信と互換のプロセッサ間通信 静的な処理 ( タスク ) の割り当て OS の内部構造の違いによる性質から, AMP-OS の方が組込みに適している場合が多い SMP-OS AMP-OS 8

9 TOPPERS プロジェクトで開発したマルチプロセッサ用 OS ITRON 仕様をマルチプロセッサ拡張した仕様と実装を開発 非対称型マルチプロセッサ用リアルタイム OS TOPPERS/FDMP カーネル FDMP(Function Distributed Multiprocessor) 2005 年にカーネル仕様を公開 2006 年 4 月にカーネル実装をオープンソースとして公開 (1.1) 対称型マルチプロセッサ用リアルタイム OS TOPPERS/SMP カーネル SMP(Symmetric MultiProcessor) EPSON と名古屋大学との共同研究 カーネル仕様を会員向けに公開 9

10 FDMP/SMP カーネルに対する要望や改良点 動的なタスク移動のサポート (FDMP) サポート範囲はリアルタイム性とのトレードオフ リアルタイム性 (SMP) SMP カーネルではリアルタイム性の保障は困難 アーキテクチャ最適化 (FDMP/SMP) 特にメモリアーキテクチャに対する最適化を可能に カーネルコード共有 (FDMP) メモリのバンク数はプロセッサ数より少く, キャッシュの効率化のためには, カーネルのプログラム ( バイナリコード ) は, すべてのコアで共有 10

11 TOPPERS/FMP カーネル : 概要 FMP = Flexible MultiProcessor リアルタイム性と動的なタスク移動との両立を目指す コア毎のタスクスケジューリング リアルタイム性の確保が ( 比較的 ) 容易タスクを移動させる API を追加 負荷変動への対応が可能 マイグレート可能なタイミングは要検討 ポリシとメカニズムの分離 API( ユーザー ) による移動 11

12 TOPPERS/FMP カーネル : 開発状況 開発状況ステータス ASP カーネルをベースに開発 2009 年 5 月にオープンソースとして一般公開 サポートプロセッサ ARM 社 MPCore, ALTERA 社 NiosII ARM プロセッサの命令セットシミュレータ SkyEye リリースには含めないがサポート済み 東芝 MeP, ルネサス SH-X3,SH2A-DUAL TLV との連携 実行トレースを TLV で可視化可能 12

13 TraceLogVisualizer(TLV) 13

14 開発の背景 マルチコア環境でのデバッグ マルチコア環境では各コアが独立に並列動作 ブレークポイントやステップ実行を用いたデバッグが困難 実行後のトレースログの解析によるデバッグが有効 トレースログの解析によるデバッグ RTOSやシミュレータ エミュレータなどが出力するトレースログを解析することによって動作を確認する 開発者がトレースログを直接扱うのには限界がある トレースログのサイズや処理の複雑さによっては解析不可能 トレースログの解析を支援するツールの要求 トレースログを可視化表 するツールの開発へ 14

15 2 コア上で動く RTOS のトレースログの例 時系列に各コアの動作が分散 膨大な量 約 1msの間に11 個のログ [ ]:[1]: task 4 becomes RUNNABLE. [ ]:[1]: dispatch from task 1. [ ]:[1]: dispatch to task 4. [ ]:[1]: leave to dly_tsk ercd=0. [ ]:[1]: enter to dly_tsk 視dlytim=10. [ ]:[2]: enter to sns_ctx. 化[ ]:[1]: task 4 becomes WAITING. [ ]:[2]: leave to sns_ctx state=0. [ ]:[1]: dispatch from task 4. [ ]:[2]: enter to get_pid p_prcid=304. [ ]:[1]: dispatch to task 1. トレースログを可視化表 し解析を 援可 15

16 既存の可視化ツール 組込みシステム向けデバッガソフトウェア PARTNER-Jetイベントトラッカー WatchPoint OS アナライザ WatchPoint OS アナライザ point 組込みシステム向け統合開発環境 EvenTrek QNX System Profiler Unix 系 OS のトレースログプロファイラ Dtrace-Chime (Solaris) LTTV(Linux) EvenTrek ed/eb_multicore2.html ログの形式が標準化されていない 汎用性に乏しい 可視化表示項目が提供されているものに限られる 拡張性に乏しい LTTV shots/ 16

17 TraceLogVisualizer(TLV) トレースログを可視化表示するツール 開発目標 汎用性 ログの形式に非依存化 拡張性 可視化表示項目をプラグイン化 2009 年 5 月 TOPPERS プロジェクトからリリース RTOS-A RTOS-B RTOS-C RTOS-D RTOS-A シミュレータ 様々な形式のトレースログに対応 [0867]:[1]: task task 4 beco beco [1406]:[1]: dispatch fr fr [1582]:[1]: dispatch to to time=12123s task task 4 beco beco time=12324s dispatch fr fr time=13512s dispatch to to 2342, 2342, w a32ae32, 23, 23, 0 234a, 234a, r a32ae32, 20, 20, 1 23ec, 23ec, r a32ae62, 02, 02, 0 CPU 使 率 カーネルシステムコール可視化ルールオブジェクトの変化ファイルタスクの状態遷移タスクの状態遷移標準形式へ変換図形データ 成 TLV 表 実 タスク 様々な情報表 が可能 17

18 TLV のスクリーンショット 可視化表 部 テキストログ表 部 表 リソース選択部 全体表 部 表 項 選択部 18

19 TLV 全体像 トレユーザが 意トトレースログファイル ユーザが 意 リソースファイル 読み込むトレースログの形式や標準形式トレースログで扱うリソースなどを定義したファイル ースログ出 対象毎に 意結果の保存 リソースヘッダファイル 変換ルールファイル 可視化ルールファイル TLV ファイル TLV 標準形式変換 標準形式トレースログ 図形データ 成 TLV データ 読み込んだトレースログを変換ルールファイルに従い標準形式のトレースログに変換 汎 性の実現可視化ルールファイルを標準形式トレースログに適 し図形データを 成 拡張性の実現 標準形式トレースログと図形データを zip で固めたもの 表 トレースログファイル以外のファイルは Json 形式で記述 19

20 今後の取り組み TraceLogVisualizer(TLV) TOPPERS プロジェクトのメンバーからのフィードバッグを反映し, 一般公開に向けて機能や品質を向上を目指す TOPPERS/FMP カーネル 組込システム向けのマイグレーション機構の研究 開発 実アプリケーションを用いた評価 マルチプロセッサ RTOS の検証技術 コンソーシアム型研究共同研究で実施 ( 後述 ) 保護機能との統合 20