Embedded System Solutions 98 Conference

ITRON仕様の最近の動向
17h
17h Apr.
Apr. 1998
1998

高田
高田 広章
広章

田丸
田丸 喜一郎喜一郎

ITRON専門委員会／
ITRON専門委員会／
豊橋技術科学大学
豊橋技術科学大学

ITRON専門委員会／
ITRON専門委員会／(株)(株) 東芝東芝

ITRONホームページ
ITRONホームページ
http://tron.um.u-tokyo.ac.jp/TRON/ITRON
http://tron.um.u-tokyo.ac.jp/TRON/ITRONITRON仕様の最近の動向

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ITRONプロジェクト
目的
組込みシステム用のリアルタイムOSとそれに関連する仕様の標準化を行う
1984年〜
第1ステージ
リアルタイムカーネル仕様の標準化に注力
リアルタイムカーネル= リアルタイムOSの核になるモジュール
小規模な組込みシステムではカーネルの機能しか必要ないケースが多い
1996年頃〜
第2ステージ
周辺仕様まで含めた標準化ヘ

組込みシステムの大規模化・複合化
ITRON仕様の最近の動向

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ITRON仕様の歴史 − 第1ステージ
32-bit
MPU向け
最初のITRON
カーネル仕様ITRON2µITRON
3.0

ITRON18-bit, 16-bit
MCU向け

1984

1987

ITRON仕様の最近の動向

スケーラビリティの強化µITRON(ver. 2)ITRON/ ファイルシス
FILE テムの標準化
1989

1993

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ITRON仕様カーネルの特徴
OSの小型軽量化が可能- ワンチップマイコンにも適用可能
仕様の理解が容易
完全にオープンな標準仕様- ロイヤリティなしで実装することができる
多種多様なプロセッサ用に実装できる/されている- 8-bit ワンチップマイコンから 32-bit RISCマイコンまで- 異なるプロセッサへの移行が容易に
多くの機器で使用実績がある- 組込みシステム分野で最も広く使われているOS仕様
多くのメーカ/ベンダがサポート
ITRON仕様の最近の動向

Embedded System Solutions 98 ConferenceITRON仕様カーネルの設計方針
設計コンセプト
弱い標準化
設計方針
ハードウェアの過度の仮想化を避け，ハードウェアに対する適応化を考慮する
スケーラビリティの重視
アプリケーションに対する適応化を考慮する
ソフトウェア技術者の教育を重視する仕様のシリーズ化やレベル分けを行う
豊富な機能を提供する

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ITRON仕様カーネルの機能
ｵ ITRON3.0仕様カーネルの機能
タスク管理機能
タスク付属同期機能
同期・通信機能
拡張同期・通信機能
割込み管理機能
メモリプール管理機能
時間管理機能システム管理機能(ネットワークサポート機能)

ITRON仕様の最近の動向

機能のレベル分け
レベルR … 必須
レベルS … 標準
レベルE … 拡張
レベルC … 実装依存
レベルX
… オプション機能Embedded System Solutions 98 Conference

ITRON仕様カーネルの開発状況
多くの ITRON仕様準拠製品- ITRON仕様準拠製品登録制度
約35種のプロセッサ用に約45の製品- その他にもいくつかの製品 (10〜20程度?)
メジャーな組込みシステム用プロセッサのほとんどすべて用に実装されている海外メーカが関与する実装が増える- 海外のソフトウェアメーカによる実装- 海外半導体メーカとの共同/委託による実装
極めて多くの社内用の実装
いくつかのフリーの実装
ITRON仕様の最近の動向

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ITRON仕様カーネルの利用状況
OSは必要ないので用いていない
21.3%
OSは問題があって用いていない 3.7%

自社用独自仕様OS
17.6%
その他の市販OS
Accelerated Technology社製

有効回答数：675
市販のITRON仕様OS
16.4%

自社用のITRON仕様OS
12.3%

WindowsMS-DOS, DOS互換
Wind Rivers社製
Integrated Systems (ISI) 社製
CTRON仕様OS
Microware Systems社製

最近開発した組み込み機器に使用したOS(トロン協会による調査, 1997年末〜1998年頭, 日本)
ITRON仕様の最近の動向

Embedded System Solutions 98 Conference
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%

287427521777171854 122

354959OS を用いていない

CTRON

ITRON仕様OS

応用分野別の使用OS
ITRON仕様の最近の動向

その他の市販OS46

Embedded System Solutions 98 Conference

100%

790%

108217327

OS を用いていない

80%
70%
60%

その他の市販OS

50%
40%
30%
20%

ITRON仕様OS

10%
0%

4bit

ITRON仕様の最近の動向

8bit
16bit
CPUの規模別の使用OS

32bit

Embedded System Solutions 98 Conference

100%
90%

167

171

170

167

OS を用いていない

80%
70%
60%

その他の市販OS

50%
40%
30%
20%

ITRON仕様OS

10%0%64KB未満64KB以上256KB未満

256KB以上
1MB未満

ROMサイズ別の使用OS
ITRON仕様の最近の動向

1MB以上

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ITRONプロジェクト − 第2ステージ
周辺仕様まで含めた標準化ヘカーネルとの関連での標準化
周辺仕様そのものの標準化
ソフトウェア部品 (ソフトウェアIP, 実行時ソフトウェア)
ソフトウェア部品が流通する前提条件の整備
ソフトウェア部品の API の標準化（分野毎）
開発環境・言語
カーネルとデバッグ環境間のインタフェースの標準化
C言語以外のプログラミング言語バインディング
応用分野に特化した標準化
応用分野に固有の要求への対応
ITRON仕様の最近の動向

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ソフトウェア部品流通の前提条件の整備
ソフトウェアの移植性の重視! 「弱い標準化」により移植性が阻害されているという指摘
スタンダードプロファイルの考え方を導入
ｵ ITRON4.0仕様 1998年内に公開
リアルタイム性の保証? 市販のソフトウェア部品を用いた時に、どのようにしてソフトウェア部品とアプリケーションの持つリアルタイム制約を保証するか？
リアルタイム制約を持ったソフトウェア部品の例:
ソフトウェアモデム, 音声圧縮/解凍, MPEG

ハードリアルタイム性を持ったシステムの構築手法
アプリケーション設計ガイドライン
暫定版を1998年内に公開
ITRON仕様の最近の動向

Embedded System Solutions 98 ConferenceμITRON4.0仕様のコンセプト
対象のシステム規模に応じて異なる標準化手法
スケーラブルな標準化
スタンダードプロファイル
ソフトウェアのポータビリ
ティを重視
ソフト全体が1つにリンクされるような応用を想定

full setlevel E
standard
level S
vehiclecontrol

サブセットも許容
ポータビリティは損なわれる

自動車制御用プロファイル
待ち状態のないカーネル仕様
ITRON仕様の最近の動向

level R
µITRON3.0

minimumµITRON4.0

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ソフトウェア部品の API の標準化
分野毎に標準化を行う必要性
重要と考えられる分野から着手
TCP/IPプロトコルスタックのAPI
ITRON TCP/IP API 仕様

近日公開

Java 実行環境とのインタフェースの標準化
JTRON (Ver.2) 仕様 近日公開
デバイスドライバの標準化… 重要性の高い分野であるが，デバイス毎の違いが大きく，性能を落さずに標準化する事は困難

デバイスドライバ設計ガイドライン
他の標準化候補
ファイルシステムAPI, MPEG解凍, IEEE 1394 などなど
ITRON仕様の最近の動向

Embedded System Solutions 98 Conference

ITRON TCP/IP API 仕様
TCP/IPプロトコルスタックのAPI
ソケットインタフェースが主流だが，組込みシステム(特に小規模なもの) には不向きとの指摘
プロトコルスタック内で動的なメモリ管理が必須
RTOSのタスクモデルとUNIXプロセスモデルの違い
Embedded TCP/IP 技術委員会
ITRON TCP/IP API の設計方針
ソケットインタフェースをベースに．ライブラリを載せてソケットインタフェースを実現できるものに静的設定を活用
ITRONと整合させるが，他のRTOSにも載るよう配慮

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ソケットインタフェースとの違い
TCP の API と UDP の API を別々に定義
ソケットのアブストラクションに代えて，端点 (endpoint) を採用．TCP接続要求を待ち受ける端点と，TCP接続の端点とは別オブジェクトと扱う．端点は，種類毎にシステム内でユニークなID番号で識別．接続要求を待ち受けるAPIには両方の端点を渡す
TCP 用の省コピーAPI を用意
送信API
受信API
get_bufrcv_buf
snd_buf
rel_buf
ノンブロッキングコールとコールバックをサポート
UDPパケットの受信はコールバックで処理する
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JTRON
JTRON (Ver.
(Ver. 2)
2) 仕様
仕様
Java とリアルタイムOS の融合
RTOS上に Javaの実行系を実現
RTOSと Java の双方の利点を活用
リアルタイム性の必要な処理 … RTOS上で実現
ダウンロードするソフトウェア，GUI … Javaで実現? RTOS上のプログラムと Java のプログラムの通信方法は？
標準化

Java Technology on ITRON-specification OS 技術委員会
ITRON上のプログラムと Java のプログラムの間の通信インタフェースを標準化
JTRON (Ver.2) 仕様
ITRON仕様の最近の動向

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RTOS−Java インタフェースのアプローチ(1) 粗結合アプローチ
RTOSプログラムとJavaプログラムはストリームで通信
Java側からは，RTOSプログラムがネットワークの向う側にあるように見える(2) RTOS側から Java側にアクセス(2-1) JNI (Java Native Interface) を使う
Javaに本来定義された方法だが，オーバヘッド大(2-2) 共有オブジェクトアプローチ
Javaオブジェクトを共有メモリ的に用いる(3) Java側からRTOS側にアクセス
RTOSの資源を操作するオブジェクトをJava側に用意
JTRON (Ver.1) 仕様
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デバッグ環境インタフェースの標準化
現状の問題点! ソフトウェアデバッグ環境 (デバッガ, ICE, ロジアナなど) はそれぞれのｵ ITRON仕様カーネルに個別に対応することが必要

標準化の利点デバッグ環境が、多種のｵ ITRON仕様カーネルへ対応することが容易に
カーネル側は、開発環境を充実させることが容易に標準化の困難点
デバッグ環境の多様性
ｵ ITRON4.0デバッギングインタフェース仕様
近日中に検討活動を開始
ITRON仕様の最近の動向

Embedded System Solutions 98 Conference

応用分野に特化した標準化自動車制御応用
ITRONに限らずRTOSの適用が難しかった分野
RTOSの必要性が高まっている

自動車分野の技術者に呼びかけて「RTOS自動車応用技術委員会」を設け、自動車制御用のリアルタイムカーネル仕様に対する要求を整理・仕様案を作成
ｵ ITRON4.0仕様へ反映
OSEK COMプロトコル (自動車内通信用のプロトコル)のAPIを検討予定
その他に取り組むべき分野
FA, 家電 などなど

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活動の枠組みITRON専門委員会
ITRON企画・広報WG

ITRONハードリアルタイムサポート研究会
ｵ ITRON4.0仕様研究会

参加者を募集中！

カーネル仕様WG
デバッギングインタフェース仕様WG
アプリケーション設計ガイドラインWG
デバイスドライバ設計ガイドラインWG

Embedded TCP/IP 技術委員会
RTOS自動車応用技術委員会
研究会
Java Technology on ITRON-Specification OS 技術委員会
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将来展望
取り組むべき課題は多い システムオンチップへの対応要求の高い課題にタイムリーに取り組むことが必要
time-to-market の短い標準化
宣伝: ITRONオープンセミナー
7月15日(水) アルカディア市ヶ谷にてｵ ITRON4.0仕様の概要紹介（研究会の中間報告）
パネル：「RTOSデバッギングインタフェースの標準化」
ITRON関連製品の紹介, 特別講演など
ITRONホームページ
http://tron.um.u-tokyo.ac.jp/TRON/ITRON※ このOHPも取り出せるようにします（PDF形式）
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