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高速・省メモリのRTOS
UDEOS 4/ Lite のご紹介
R
Unified Development Environment Operating System
エンベデッドシステム事業部
2014年 2月 7日
Copyright 2014, Toshiba Information Systems (Japan) Corporation.
会社概要
商号
設立
1962（昭和37）年8月21日
資本金
10億円
株主
代表者
本社所在地
支社／支店
東芝ソリューション株式会社
株式会社東芝
取締役社長
63.5％
36.5％
恩地 和明
〒210-8540
川崎市川崎区日進町1番地53
興和川崎東口ビル
北海道支店、 東北支店、 中部支社
関西支社、
九州支店
事業内容
エンベデッドシステムソリューション、 LSIソリューション、
SIソリューション、ヘルスケアソリューション
URL
http://www.tjsys.co.jp
東芝情報システム
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R
2
アジェンダ








UDEOS 4/ Lite の概要
R
タスク
割込みハンドラ
デバッグ機能
開発環境
プログラム完成までのステップ
性能値
UDEOS の実績とその他製品の紹介
R
東芝情報システム
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R
3
UDEOS 4/ Lite の概要
R
UDEOS シリーズ製品ラインナップ
R
Lite の開発経緯
Lite の特長
Lite のサポート機能
Lite の構成
東芝情報システム
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R
4
□ UDEOS シリーズ製品ラインナップ
R
弊社では、μITRON3.0/4.0仕様に準拠したリアルタイムOS 「UDEOS シリーズ」
の開発、販売、技術サポートを行っております。
R
◆μ ITRON3.0仕様 UDEOS
Standard
R
TX49
TX39
◆μ ITRON4.0仕様 UDEOS 4
R
Standard
TX49
Compact
Cortex-M3
Lite
ARM9
※1
Cortex-M0
ARM11
※1
※1
Cortex-M3
開発中
Cortex-M0/M3 向けに最適化した、最高速かつ最軽量の「UDEOS 4/ Lite」を
開発中。
R
東芝情報システム
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R
5
□ UDEOS 4/Lite の開発経緯
R
APP
APP
RTOS
HW(MCU)
HW(MCU)
UDEOS 4/ Cortex-M3
R
☆ お客様からの要望 ☆
OSレス環境から移行した場合に
インパクトが小さいRTOSが欲しい！
→ RTOSの軽量化、高速化が必要
UDEOS 4/ Lite
R
軽量化と高速化のために
• 機能の削減とサービスコールの簡素化
• データ構造の最適化
• スタック共有機能の改善
• 割込み処理の改善
東芝情報システム
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R
6
□ UDEOS 4/Lite の特長
R
ARM Cortex-M0, M3プロセッサ向けリアルタイムOS
μITRON4.0仕様に準拠
デバッグ機能
• OSのイベントトレース機能
• スタックオーバーフロー検出機能
タスクスタックの共有機能
• 複数のタスク間においてスタックを共有することが可能
→ RAMの削減
高速な割込み応答性
• 40MHz動作時に0.7us程度
コンパクトサイズな設計
• MCU向けに内蔵ROM/RAMのみで動作可能
東芝情報システム
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R
7
□ UDEOS 4/Lite のサポート機能
R
◆ UDEOS 4/Lite のサポート機能
R
UDEOS 4/Lite サポート機能
R
（μITRON4.0仕様スタンダードプロファイル）
タスク管理機能
•
–
タスク付属同期機能
•
タスク例外処理機能
同期・通信機能
タスク管理機能 / タスク付属同期機能
同期・通信機能
–
セマフォ
イベントフラグ
•
データキュー
メモリプール管理機能
固定長メモリプール
時間管理機能
システム時刻管理
周期ハンドラ
•
システム状態管理機能
周期ハンドラ、アラームハンドラ
システム状態管理機能
–
•
セマフォ、イベントフラグ
時間管理機能
–
メールボックス
タスクの起動/終了、待ち機能
ロック/アンロック、ディスパッチ禁止/許可
割込み管理機能
–
割込み定義、割込み禁止/許可、割込みマスク変更
割込み管理機能
•
システム構成管理機能
システム構成管理機能
–
※グレーは未サポート機能
•
実装独自機能
–
東芝情報システム
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R
例外ハンドラ定義、初期化ルーチン定義
ログ機能、割込み優先度変更
8
□ UDEOS 4/Lite の構成
R
種類
静的エラーチェック
スタックオーバーフロー
チェック
イベントトレース
デバッグカーネル
○
○
○
エラーカーネル
○
×
×
リリースカーネル
×
×
×
種類
機能
静的エラーチェック
サービスコールの静的エラーチェックを行う機能
十分に検査したアプリケーションではE_CTXやE_PARなどのチェックを外すことでROM容量の削減
とサービルコールの処理速度を高める効果があります。
スタックオーバーフロー
タスクや割込みのスタックのオーバーフローを検出する機能
タスクの切り替え時や割込み終了時にスタックオーバーフローの有無を検出し、スタックオーバーフ
ロー検出時にはシステムダウンします。
イベントトレース
割込み、CPU例外、ディスパッチ、サービスコールの発行、システムダウンなどのイベントを記録する
機能
東芝情報システム
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R
9
タスク
タスクの仕様
制約タスクとは
スタック共有のイメージ
東芝情報システム
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R
10
□ タスクの仕様
◆省メモリ化のために機能を制限
• タスクは16個まで生成可能
• １つの優先度に複数タスクの生成は不可
• タスクの優先度の変更は不可
• タスクの多重起動は不可
◆タスクは４つの状態をサポート
• 実行状態 (RUNNING)
• 実行可能状態 (READY)
• 待ち状態 (WAITING)
• 休止状態 (DORMANT)
ディスパッチ
RUNNING
READY
プリエンプト
実行可能状態
待ち解除
実行状態
待ち
WAITING
待ち状態
起動
DORMANT
終了
休止状態
東芝情報システム
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R
11
□ 制約タスクとは
◆ 制約タスクとは
– 他のタスクとスタックを共有したタスク
– 優先度が異なるタスク間においてもスタックの共有が可能
◆ 制約事項
– 待ち状態に入ることができない
– タスクからのリターンによって、 タスクを終了させなければならない
（ext_tsk で終了できない）
◆ 制約タスクの定義方法
– CRE_TSKのタスク属性にTA_RSTRを指定
■コンフィグレーション設定ファイルの記述例
/* 制約タスクの定義 */
CRE_TSK(TSKA, {TA_HLNG|TA_RSTR, 0, tska, 0, 512, NULL});
東芝情報システム
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R
12
□ スタック共有のイメージ
◆ TaskA～Dの最大スタック使用量
• TaskA: 300B
• TaskB: 100B
300+100+300+200
• TaskC: 300B
= 900Byte
• TaskD: 200B
◆TaskA～Dのスタックを共有化
TaskA～Dが共通で使用する
スタックを1つ用意する
Task A
Task B
Task C
Task D
◆ TaskA～Dの合計スタック使用量
実際にTaskA～Dが使
用する合計スタック使
用量は 500Byte
600
500
Stack
500B
400
300
Task D
200
Task C
TaskA～Dが
共有スタックを
使用している
場合の１例
Task B
100
Task A
0
0
50
100
150
500Byte
アプリの実行時間
東芝情報システム
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R
13
割込みハンドラ
割込みハンドラの特長
割込みハンドラの処理
東芝情報システム
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R
14
□ 割込みハンドラの特長
割込みハンドラの特長
• ベクタテーブルから直接呼ばれる （オーバーヘッドが小さい）
• サービスコールの発行が可能である
• 割込みスタックを使用して動作する
■コンフィグレーション設定ファイルの記述例
/* 割込みハンドラの定義 */
DEF_INH(intno, {TA_HLNG, inthdr});
東芝情報システム
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R
15
□ 割込みハンドラ（INTHDR）の処理
INTHDR （ディスパッチなし）
①割込みスタックに切り替えられる
ベクタテーブルから直接呼ばれる
INTHDR
Interrupt
①
TASK
TASK
INTHDR （ディスパッチあり）
①INTHDR内でのサービスコールの発行
- ディスパッチ要求が発生
- 例外（ PendSV ）をペンディングさせる
② INTHDR終了後、PendSVが発生
③ PendSV内でディスパッチ処理を行う
サービスコールの発行
①
INTHDR
Interrupt
②
③
PendSV
TASK
TASK
東芝情報システム
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R
16
デバッグ機能
イベントトレース機能
スタックオーバーフローのチェック機能
静的エラーチェック機能
東芝情報システム
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R
17
□ イベントトレース機能
 OSがシステムのイベントをメモリへ記録する機能
• 記録するイベントはアプリケーションから動的に選択可能
• イベントの記録に使用するバッファのサイズはコンフィグレーション可能
 記録したイベントを解析することで問題の解決に役立つ
 イベントの種類
• リセット
• 初期化ルーチンの起動
•
•
•
•
•
サービスコールの発行
ディスパッチ
割込み
システムダウン
ユーザレベルのイベント
東芝情報システム
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R
18
□ イベントトレース （その１）
No. TID
Event
0| 0|RESET
1| 0|INIT (0)
2| 0|INIT (0)
3| 0|INIT (1)
4| 0|INIT (1)
5| 0|INIT (2)
6| 0|INIT (2)
7| 0|INIT (3)
8| 0|INIT (3)
9| 0|INIT (4)
10| 0|INIT (4)
11| 0|INIT (5)
12| 0|INIT (5)
13| 0|INIT (6)
14| 0|ena_int(4)
15| 0|ena_int(5)
16| 0|ena_int(6)
17| 0|INIT (6)
18| 0|INIT (7)
19| 0|vchg_ilv(15)
20| 0|INIT (7)
21| 0|DSP (0 -> 1)
22| 1|sta_cyc(1)
23| 1|wai_flg(1)
24| 1|DSP (1 -> 2)
25| 2|slp_tsk()
東芝情報システム
Error
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|E_OK
|E_OK
|E_OK
|
|
|E_OK
|
|
|E_OK
|EV_WAIT
|
|EV_WAIT
PC
|
|
|0x000002F9|INI
|
|INI
|0x00000391|INI
|
|INI
|0x0000031D|INI
|
|INI
|0x0000028D|INI
|
|INI
|0x00000211|INI
|
|INI
|0x000028AD|INI
|
|INI
|0x0000140D|INI
|
|
|
|
|
|
|
|INI
|0x0000146D|INI
|
|
|
|INI
|0x00002915|
|
|
|
|
|0x00002969|
|
|
－ UDEOS 4/Lite のご紹介 －
R
Info
begin
end
begin
end
begin
end
begin
end
begin
end
begin
end
begin
end
begin
初期化ルーチン
の起動ログ
最初のタスクへの
ディスパッチ
end
ディスパッチ先タスクのPC
19
□ イベントトレース （その２）
No.
71|
72|
73|
74|
75|
76|
77|
78|
79|
80|
81|
82|
83|
84|
85|
86|
87|
88|
89|
90|
91|
92|
93|
94|
95|
96|
TID
Event
Error
0|INTERRUPT (15) |
0|INH (0)
|
0|CYCHDR (1)
|
0|set_flg(3)
|E_OK
0|wup_tsk(2)
|E_OK
0|sig_sem(1)
|E_OK
0|CYCHDR (1)
|
0|isig_tim()
|E_OK
0|INTERRUPT (15) |
0|DSP (0 -> 2)
|
2|set_flg(1)
|E_OK
2|DSP (2 -> 1)
|
1|wai_flg(1)
|EV_WAIT
1|DSP (1 -> 2)
|
2|slp_tsk()
|EV_WAIT
2|DSP (2 -> 3)
|
3|wai_sem(1)
|EV_WAIT
0|IDLE
|
0|INTERRUPT (15) |
0|INH (0)
|
0|isig_tim()
|E_OK
タスクID
0|INTERRUPT (15) |
0|INTERRUPT (15) |
0|INH (0)
|
0|isig_tim()
|E_OK
0|INTERRUPT (15) |
東芝情報システム
PC
|0x0000198A|INT
|0x00001105|INH
|0x00002241|CYC
|
|
|
|
|
|
|
|CYC
|
|
|
|INT
|0x000008E9|
|
|
|0x00000BB5|
|
|
|0x00000743|
|
|
|0x00000C85|
|
|
|
|
|0x0000198C|INT
|0x00001105|INH
|
|
|
|INT
|0x0000198A|INT
|0x00001105|INH
|
|
|
|INT
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R
Info
begin imsk(1)
begin
begin ptn:0x00000000
end
割込み発生ログ
割込みハンドラ
起動ログ
CYC起動ログ
end
begin imsk(1)
begin
end
begin imsk(1)
begin
end
20
開発環境
IAR社製開発環境
東芝情報システム
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R
21
□ 開発環境
■ IARシステムズ社製 開発環境
製品名
IAR社 Embedded Workbench
コンパイラ
統合開発環境Embedded Workbench
デバッガ
同上
ターゲット
・NXPセミコンダクターズ
ＩＡＲ社 評価キット
LPC1227 （Cortex-M0）
・株式会社 東芝
TMPM330 （Cortex-M3）
TMPM364 （Cortex-M3）
TMPM380 （Cortex-M3）
東芝情報システム
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R
22
プログラム完成までのステップ
コンフィグレーション設定の記述
コンフィグレーション定数
タスクの記述
ビルド
東芝情報システム
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R
23
□ コンフィグレーション設定の記述
sample.cfg
/* コンフィグレーション定数 */
#define CTIC_NUME
1
#define CMAX_INTNO MAX_INTNO
:
/* 初期化ルーチンの定義 */
ATT_INI({TA_HLNG, 0, inia});
/* 割込みハンドラの定義 */
#define INTNO 15
DEF_INH(INTNO, {TA_HLNG, TR_SYSTEM_TIMER});
/* タスクやオブジェクトの定義 */
#define STKSZ 512
#define TSKA 1
CRE_TSK(TSKA, {TA_HLNG|TA_ACT, 0, tska, 0, STKSZ, NULL});
CRE_SEM(SEMA, {TA_TFIFO, 0x0, 0x5});
CRE_FLG(FLGA, {TA_TFIFO|TA_WSGL|TA_CLR, 0x0});
CRE_CYC(CYCA, {TA_HLNG, 0, cyca, 10, 0});
東芝情報システム
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R
24
□ コンフィグレーション定数
定数名
機能
CTIC_NUME
タイムティックの周期の分子
CMAX_INTNO
割込み番号の最大値
CMAX_EXCNO
CPU例外要因の最大値
CLOG_CNT
ログバッファに格納できるログ個数
CLOG_BUF
ログバッファ領域の先頭番地
CINT_STKSZ
割込みスタックのサイズ
CINT_STK
割込みスタックの先頭番地
CRSTR_STKSZ
制約タスクのスタックサイズ
CSYS_DWN
システムダウン時に実行する関数のアドレス
CINT_UDF
未定義割込み発生時に実行する関数のアドレス
CEXC_UDF
未定義CPU例外発生時に実行する関数のアドレス
CERR_DWN
静的エラー発生時にシステムダウンさせるかどうかを示すフラグ
東芝情報システム
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R
25
□ タスクの記述
sample.c
#include <itron.h>
void
cyca(VP_INT exinf){
:
}
void
tska(VP_INT exinf){
:
ext_tsk();
}
東芝情報システム
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26
□ ビルド
ターゲットへの実行ファイルのダウンロード
アプリの動作確認
東芝情報システム
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R
27
性能値
性能データ
東芝情報システム
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R
28
□ 性能データ
■ 測定条件
■ サイズ
コンパイラ
IAR C Compiler Ver.6.40
タスク
5個 （制約タスク３個）
セマフォ
1個
イベントフラグ
1個
周期ハンドラ
1個
システムコール
wup_tsk、slp_tsk、wai_sem、sig_sem、wai_flg、
set_flg、sta_cyc、stp_cyc
プロセッサ
Cortex-M0
Cortex-M3
ROM
2.89 K バイト
3.03 Kバイト
RAM （スタックを含まない）
0.11 K バイト
0.11 Kバイト
※ システムが消費するメモリサイズ。
■ 速度
プロセッサ
Cortex-M0 (36MHz)
Cortex-M3 (40MHz)
割り込み起動時間
0.8 us
0.7 us
割り込み終了時間
0.8 us
0.8 us
ディスパッチ処理時間
4.8 us
3.9 us
※ 条件により性能値は異なります。
東芝情報システム
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R
29
UDEOS の実績とその他製品の紹介
R
採用実績
IPソリューション
エンベデッド製品
東芝情報システム
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R
30
□ 採用実績
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
カーナビ
プリンタ
デジカメ
TV
衛星
ゲーム
POS端末
携帯端末
固定電話/FAX
音楽プレーヤー
etc.
東芝情報システム
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R
31
□ IPソリューション
ボードからアプリケーションにいたるまで、弊社で一貫した対応が可能です。
組込み用 アプリケーション
ライセンス
開発環境ツール
ミドルウェア
ミドルウェア・ＯＳ
ライセンス
GNU、GHS、Microsoft
PlatformBuilder、
IAR、KEIL、
リファレンスボード
Jａｖａ、TCP/IP、PPP、POP3、DNS、
SMTP、SNMP、MIME、PCMCIA、
DOS F/S、USB HOST、
SmartMedia、FlashMemory、
組み込み用ＯＳ
WirelessLAN
μITRON、Windows CE、Linux、T-Kernel、VxWorks
リファレンスボード
MPU
サービス
受託・ｺﾝｻﾙﾃｰｼｮﾝ
ﾎﾟｰﾃｨﾝｸﾞ
応用アプリ開発。開発環境ｱﾄﾞﾊﾞｲｽ。要求性能分析、最適RTOSの組
み合わせ提案。
ﾃｸﾆｶﾙｻﾎﾟｰﾄ
導入教育/ｲﾝｽﾄｰﾙ
弊社ご購入開発環境ﾂｰﾙｲﾝｽﾄｰﾙ。導入教育の実施。
東芝情報システム
ﾎﾞｰﾄﾞに合わせたRTOS/BSP/ﾐﾄﾞﾙｳｪｱ/ﾄﾞﾗｲﾊﾞ/ﾗｲﾌﾞﾗﾘｨのﾎﾟｰﾃｨﾝｸﾞ
－ UDEOS 4/Lite のご紹介 －
R
高品質のﾃｸﾆｶﾙｻﾎﾟｰﾄの提供
32
□ エンベデッド製品
アプリケーション
Java
ツール
開発ツール
組込み用 Virtual Machine
リアルタイムシミュレータ
M-RADSHIPSⓇ
Audio/Video Player
DiVAPlayerⓇ
モデルIPライブラリ
電池モデル、BMSモデル、
ステッピングモータモデル、インバータ/モータモデル
Multi
Media
ミドルウェア／ドライバ
セキュリティ
ネットワーク
組込み用 IPsec
Ⓡ IPsec
NetNucleus
Ⓡ
不具合管理システム
PRISMYⓇ
OSSライセンス管理
Black DuckⓇ Suite
ストレージ
USB
TCP/IP ライブラリ
NetNucleus
USBホスト・ファンクションドライバ
MatrixQuestUSB host/lite/func
DOSファイルシステム
FilDos Ⓡ EX
無線LAN セキュリティ
NetNucleus Ⓡ WPA
Miracast (Wi-Fi Display)
NetNucleus Ⓡ WFD
PictBridge対応
MatrixQuestDPS
標準SDホストコントローラ
メモリドライバ
ネットワークセットアップツール
NetNucleus Ⓡ WPS
MirrorLinkプロトコルミドルウェア
Ze-PROⓇ Mirror(Client)
MTPプロトコルスタック
MatrixQuestMTP
NAND型フラッシュメモリ
ライブラリ
セキュリティ ライブラリ
RSA BSAFEⓇ
ONVIF対応プロトコル ミドルウェア
Ze-PROⓇ IPcam/IPmon/IPrec（Server）
RTPプロトコル ミドルウェア
Ze-PROⓇ RTP
ECHONET Liteスタック
OS
開発支援ツール
WebSphere Everyplace Custom Environment
μITRON 3.0/4.0 UDEOS
コンテンツ保護
SDメモリカードコンテンツ保護
SD-Video規格
HD画質対応コンテンツ保護
SeeQVault規格
Ⓡ
エンベデッド製品紹介 URL http://www.tjsys.co.jp/solution/embedded/product/index.html
東芝情報システム
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R
33
ご清聴ありがとうございました。
＜弊社連絡先＞
エンベデッドシステム事業部
TEL:044-246-8320
E-mail： [email protected]
この文章の情報は予告なしに変更することがあります。
記載されている会社名、製品名は各社の登録商標ならび商標です。
東芝情報システム
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R
34
『人』は『情報』を上手に活用することで、
豊かな社会や生活を築くことができます。
当社はシステムでその実現のお手伝いをしています。
『人』と『情報』が新しい価値を生み出すよう、
それらを大切に育み『未来』に繋げてゆくこと、
これが当社の使命です。
東芝情報システム
－ UDEOSCopyright
4/Lite
のご紹介
－
2014,
TOSHIBA INFORMATION
SYSTEMS（JAPAN）CORPORATION
R
35
東芝情報システム
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R
36