研究内容

マルチプロセッサ組込みシステム向けリアルタイムＯＳと設計自動化技術

■研究の概要■
近年、機器に組み込まれてそれを制御するコンピュータシステムである組込みシステムの分野においても、マルチプロセッサシステムの重要性が急速に増している。この背景には、消費電力の増大を抑えつつ、処理性能の向上をはかるためには、クロック周波数を上げるよりも、プロセッサ数を増やした方が有利であるという状況がある。そこで、マルチプロセッサ組込みシステム向けのリアルタイムOS技術と、設計自動化技術について幅広く研究を行っている。
■研究テーマ■
(1) マルチプロセッサ向けRTOS
組込みシステムのソフトウェア開発においては、リアルタイムOSが用いられることが多い。そのため、マルチプロセッサを用いて組込みシステムを構築する際には、マルチプロセッサ上でのシステム開発をサポートするリアルタイムOSが必要性になる。 マルチプロセッサと一口にいっても、OSでサポートするという観点からは、いくつかのタイプに分類して考えることが必要である。我々は、組込みシステムで使われる機能分散マルチプロセッサや対称型マルチプロセッサ向けのリアルタイムOSの仕様を策定し実装している。
(2) マルチプロセッサ向け設計自動化技術
組込みシステムをマルチプロセッサシステム上に構築する場合、設計制約を満たすよう設計対象の機能を適切に複数のプロセッサ上にマッピングする必要がある。また、C言語もしくはシステムレベル言語と動作合成技術を用いた動作レベルの設計が適用されつつあるため、機能をプロセッサではなく、ハードウェアとすることも可能となっている。
最適な分割方法の決定には、様々な分割での性能評価が必要であるが、正確な性能見積もりは困難であるため、正確な評価を行うためには分割方法に従い、実際に実装する必要がある。
そこで、設計対象をハードウェアとソフトウェアの明確な区別をせずC言語等で一体に記述し、次にこの記述の分割方法を決定した後、その分割方法にしたがい実装記述を自動合成する手法が考えられる。一体記述からのハードウェア合成に関しては動作合成技術により実現可能であるが、加えてインタフェースの生成が自動化されていなければ、一体記述から実装記述を自動合成することは不可能である。
我々は、インタフェースの設計抽象度を引き上げたシステム設計が可能なシステム設計環境（SystemBuilder）を開発している。設計者は、設計対象の機能と通信を明確に区別してC言語で記述する。機能間の通信に関しては、通信プリミティブと呼ばれる3種類の通信チャネルを用意しており、設計者はこの通信チャネルに定められたアクセス関数を用いて機能間の通信を記述する。この記述を入力とし、ソフトウェアとハードウェアへの分割方法を指定すると、SystemBuilderは指定された分割方法に従って、ソフトウェアとハードウェア及びその間インタフェースを自動合成する。なお、ハードウェア合成に関しては外部の動作合成ツールを呼び出す。
SystemBuilderは、この他にも、機能レベルのシミュレーション、コシミュレーション、FPGAへの実装機能を持つ。なお、合成するソフトウェアやデバイスドライバはITRON仕様のRTOSの使用を前提とする。
■今後の展開■
今後もこれらの研究を継続・発展させて、成果を組込み研究センターの"車載マルチディアシステム向けOS"のプロジェクト等に反映させる。