（第 6 号

2005 年 4 月 18 日発行）

TOPPERS Project Newsletter■ TOPPERS プロジェクト■
http://www.toppers.jp/

マルチプロセッサ対応リアルタイム OS 開発成功

TOPPERS プロジェクトとは？

この度，NPO 法人 TOPPERS プロジェクトでは，μITRON 仕様に準拠したリアルタイムカーネルをベースとした機能分散マルチプロセッサ機能を拡張したリアルタイム OS の開発に成功しました．
この OS は，TOPPERS/FDMP カーネル ( TOPPERS FunctionDistributed MultiProcessor ) の名称で，TOPPERS プロジェクト
から，2005 年 5 月 27 日に東京で開催される TOPPERS カンファ
レンス 2005 にあわせて，会員向けの配布を開始し，会員による評価を経て，遅くとも年内には一般への配布を検討しています．
組込みシステム分野に求められるマルチプロセッサは，汎用システ
ム分野におけるオンチップマルチプロセッサで有効なシンメトリッ
クマルチプロセッサ ( SMP ) 構成と異なり，各プロセッサコアに別々の役割を持たせた機能分散マルチプロセッサ構成が一般的です．
しかしながら，機能分散マルチプロセッサを用いたアプリケーション開発に有効活用できるリアルタイム OS は存在しませんでした．
TOPPERS/FDMP カーネルは，μITRON 仕様準拠のリアルタイムOS であるため，μITRON 仕様 OS で開発されたソフトウェア資産をマルチプロセッサ上のアプリケーション開発に活用できます．また，TOPPERS/FDMP カーネルは，プロセッサ間の同期・通信処理を OS 機能で提供するため，機能分散マルチプロセッサアプリケーション開発を大幅に効率化することができます．
TOPPERS/FDMP カーネルが現状サポートしているターゲットプロセッサは，( 株 ) 東芝の MeP (Media embedded Processor ) ，米国 ALTERA 社の NiosⅡ，米国 XILINX 社のMicroBlaze ですが，ポーティング容易性を考慮して設計しているため，他のマルチプロセッサシステムへのポーティングも容易です．今後，要求の高いプロセッサから順次ポーティングを実施します．
＜TOPPERS プロジェクト会長 高田広章のコメント＞
TOPPERS プロジェクトでは，ITRON 仕様を出発点として，次世代のリアルタイム OS 技術を開発しています．今回開発に成功した
TOPPERS/FDMP カーネルは，機能分散マルチプロセッサ向けのリアルタイム OS として他に例のないものであり，ITRON 仕様 OSの中での TOPPERS の先進性を示すと同時に，ITRON 仕様自身の拡張可能性を示すものでもあります．また，我々の研究室での永年の研究成果に基づいたものであり，産学官と個人の協力により進めている TOPPERS プロジェクトのアドバンテージを示すものでもあると考えています．TOPPERS プロジェクトでは今後も，大学等での研究成果に基づいて，先進的な組込みシステム技術を開発していく計画です．その成果にご期待いただけると幸いです．

TOPPERS （ Toyohashi OPen Platform for Embedded
Real-time Systems）プロジェクトは，ITRON 仕様の技術開発成果を出発点として，組込みシステム構築の基盤となる各種のソフトウェアを開発し，良質なオープンソースソフトウェアとして公開することで，組込みシステム技術と産業の振興を図ることを目的としたプロジェクトです．また，その利用技術や教材となるソフトウェアの提供を通じて，組込みシステム技術者育成に貢献することも目的としています．
TOPPERS プロジェクトは，2003 年 9 月に設立した特定非営利活動法人（NPO 法人）を中心に，名古屋大学教授の高田広章をリーダとし，産学官の団体と個人の連携により推進しています．

目次
マルチプロセッサ対応リアルタイムOS開発成功............................ 1
プロジェクト成果物適応製品紹介 .................................................... 1
TOPPERS開発者会議実施................................................................ 1
TOPPERSカンファレンス 2005 ...................................................... 2
解説 - 機能分散マルチプロセッサ仕様............................................ 2
対談 - TOPPERS曼荼羅セッション ................................................ 3
参加のお誘い...................................................................................... 4
お問い合わせ先.................................................................................. 4

プロジェクト成果物適用製品紹介TOPPERS プロジェクト開発成果物を製品に採用したとの報告件数が急速に増えております．採用実績の公開を許されている製品についてご紹介いたします．
＜TOPPERS/JSP カーネル＞
・ ローランド(株) オーディオ・インターフェース EDIROL UA-101
http://www.roland.co.jp/
・ アビックス(株) Time Slit
http://www.avix.co.jp
・ 大日本印刷(株) RFID リーダライタ (TINET を含む)
http://www.dnp.co.jp/semi/j/tag/index.html
・ オークマ(株) OSP-P200
http://www.okuma.co.jp/＜TOPPERS/FI4 カーネル＞
・ ローランド(株) デジタルインテリジェントピアノ KR-107
・ ローランド(株) デジタルグランドピアノ RG-7
これら製品への採用ばかりでなく，CPU ボードへのバンドル事例，開発環境への利用事例，セミナ利用事例など数多くの実績が報告できるまでに成長いたしました．
引き続き TOPPERS プロジェクトから提供する各種成果物にご期待ください．

TOPPERS 開発者会議実施
TOPPERS プロジェクトでは，2005 年3 月30〜31 日に，TOPPERS開発者会議を実施しました．
開発者会議には TOPPERS プロジェク
ト開発成果物を実際に開発しているメンバーが静岡県ヤマハリゾー
トつま恋に集結し，ソフトウェアの再利用性を高めることを目的にプロジェクトで開発するリアルタイムカーネル( 以下，TOPPERS
カーネル ) の割込みアーキテクチャの標準化方法について検討しました．割込みアーキテクチャの標準化は，ハードウェアの持つ割込みアーキテクチャを仮想化するためオーバーヘッドの増大につながるという理由で，μITRON 仕様では標準化を見送っていた内容
でしたが，近年の組込みソフトウェアの大規模化とプロセッサの高性能化により，若干のオーバーヘッドよりソフトウェアの再利用性を追及した方が時代の要求に適していると判断し，プロジェクトではあえてこの問題に取り組みました．
開発者会議で検討した割込みアーキテクチャのモデルは，プロセッサ依存である，割り込み要求ライン毎の割込み禁止フラグ，割込みレベル，CPUおよび割込みロックフラグをサポートし，プロセッサ非対応機能をソフトウェアで実現します．今回はTOPPERS/JSPカーネルを対象として検討しましたが，この検討結果をTOPPERS/OSEKカーネルやFI4カーネルに順次適応検討を行います．今回の検討内容はTOPPERSプロジェクト会員向けに公開し，dev@toppers.jp にて継続検討します．
尚，本検討結果仕様はテスト実装として実現し，会員向けの早期リリースにする予定です．また，この検討仕様を含め，現在実施している各種 OS 仕様検討内容を包含して，TOPPERS/ASP カーネル
( 仮称：Advanced Standard Profile ) の名称で，μITRON への拡張仕様のリファレンス実装としてオープンソースとして公開する予定です．

プロセッサに依存する割込み処
理 部 位 は μ
ITRON では仕様規定していない．
そのため，同じ仕様のμITRON でも実装依存した動作があるため，移植時に注意が必要である．

TOPPERS カンファレンス 2005

TOPPERS カンファレンス 2005
〜TOPPERS プロジェクトはどこへ？〜

これは見逃せない
テクニカルセッション（13:00-15:00）
キーノートセッション(10:30-12:00)「マルチプロセッサ対応の現状と今後の展開」「TOPPERS が目指す組込みシステム開発の将来」

本田晋也（名古屋大学）

高田広章（TOPPERS プロジェクト会長／名古屋大学）「TOPPERS/OSEK 開発状況と今後の展開について」「TOPPERS プロジェクトの飛躍を期す今年の活動」

服部博行（（株）ヴィッツ）

加藤博之（ＴＯＰＰＥＲＳプロジェクト副会長／（株）エーアイコーポレーション）「宇宙機向け組込みソフトの信頼性検証について」
二上貴夫（（株）東陽テクニカ）「OSP-P200 型 NC 装置における TOPPERS と Windows の融合」
大山博司（オークマ（株））

特別講演(15:15-16:45)「日本の組込みシステム開発力強化の施策」
門田浩（情報処理推進機構 組込みソフトウェア開発力強化推進委員会／ＮＥＣ日本電気（株））■日時：2005 年 5 月 27 日（金） 10:30-20:30(10:00 受付開始)■会場：アルカディア市ヶ谷 http://www.arcadia-jp.org/〒102-0073 東京都千代田区九段北 4-2-25「自動車の制御システム開発における最新技術動向」

TEL:03-3261-9921■主催：NPO 法人 TOPPERS プロジェクト■協賛：社団法人 日本システムハウス協会■定員：150 名（先着順にて受付）

谷川浩（有限責任中間法人 ＪＡＳＰＡＲ／トヨタ自動車（株））

曼荼羅セッション＆懇親会，ミニ展示も同時開催(17:00-19:00) 曼荼羅セッション〜縦横無尽，誰もが自由に闊達に意見を述べる TOPPERS〜
高田会長による TOPPERS Domain 宣言！

■参加費 会員：15,000 円，非会員：20,000 円，学生：5,000 円■参加申込

6 つの切り口から TOPPERS プロジェクトはどこへ向かうのか徹底討論

下記ホームページからお申し込み下さい．

http://www.toppers.jp/conference2005.html■問い合わせ先 TOPPERS プロジェクト事務局（担当：真鍋）

参加受付中！

本音トークで知的にバトル！！

(19:00-20:30) 懇親会
TOPPERS of the Year 発表
第一回受賞に輝くのはあなたの活動かも！

20:30 閉会

解説 - 機能分散マルチプロセッサ仕様＜マルチプロセッサの分類＞(1) 結合度による分類
・密結合マルチプロセッサ（共有メモリ）
プロセッサ間でメモリを共有するマルチプロセッサ方式を密結合マルチプロセッサといいます．密結合マルチプロセッサはプロセッサとメモリの構成や接続方法によりさらに細かく分類されますが，ここでは省略します．
・疎結合マルチプロセッサ（分散システム）
プロセッサ間でメモリを共有しないマルチプロセッサ方式を疎結合マルチプロセッサといいます．
(2) 対称性による分類
・対称型マルチプロセッサ
すべてのプロセッサが対等であり，どのプロセッサでも同じように処理を行えるシステムを対称型マルチプロセッサシステム（SMP：Symmetric Multiple Processor）といいます．
・非対称型マルチプロセッサ
プロセッサ毎の処理内容が予め決まっているシステムを非対称型マル チ プ ロ セ ッ サ シ ス テ ム （ ASMP ： ASymmetric MultipleProcessor）といいます．ASMP は機能分散マルチプロセッサとも呼ばれ，疎結合マルチプロセッサ（分散システム）に近い性質も併せ持っています．今回，発表された TOPPERS/FDMP カーネルは密結合の機能分散マルチプロセッサをターゲットにしています．
＜マルチプロセッサの必要性＞(1) とにかく性能を稼ぎたい
組込みシステムの大規模化・複雑化に伴い，プロセッサには処理能力がますます求められています．一般にプロセッサの性能を向上す
るには 1．クロック周波数を高くする，2．高度な仕組みを導入する(投機実行/out-of-order 実行)などの手法がありますが，クロック周波数を高くすると消費電力が急激に大きくなったり（最近のパソコ
ンの消費電力の大きさは尋常ではありませんね．
），ノイズの影響を受けやすくなる等，組込み用途では無視できない問題があります．
マルチプロセッサ構成であれば，性能／消費電力比を落とさないで性能を上げることができます．また，プロセッサ単体で性能が上がってもメモリ・アクセス（バスの転送速度）がボトルネックになり，システム全体としては性能が余り向上しません．マルチプロセッサ構成では，プロセッサとメモリの接続方式を工夫することにより，各プロセッサのメモリ・アクセスの競合を少なくすることが可能です．
(2) コスト（部品点数）を削減したい
これまでボード上に複数のプロセッサを実装して構成されていた（疎結合）分散システムが，半導体の集積度の向上によりワンチップに収まるようになってきています．
組込みシステムではコスト（部品点数）削減への要求が非常に強いので，今後はこのような形態の（密結合）機能分散マルチプロセッサシステムが増えていくと思われます（図 1）．分散システムではバスやネットワーク越しにやり取りしていたデータを，機能分散マルチプロセッサシステムでは共有メモリ上に直接置けるのでオーバーヘッドが小さくなります．
（目的
別に専用のバスを設けて，ボトルネックをなくす方法もあります．
）(3) システム要件の異なる処理を分散したい
信頼性やリアルタイム性に対する要件が異なる処理は，別々のプロセッサに割り当てた方が設計やグループ開発が容易になります．
この考え方は組込みシステムでは特に重要で，機能分散マルチプロセッサといいます．TOPPERS/FDMP カーネルはその名の通り，機能分散マルチプロセッサ用に開発され，プロセッサとタスクの対応関係はコンパイル時に決定されます．このような理由でマルチプロセッサを採用するシステムは今後，増えていくと思われますが，マルチプロセッサ構成では，シングルプロセッサの場合よりどうしてもソフトウェア開発が複雑になってしまいます．この複雑さを少しでも軽減するためにマルチプロセッサ用カーネルは設計されています．マルチプロセッサ用カーネルを導入することにより以下のメ
リットがあります．
＜プロセッサ間同期・通信のサポート＞
同期・通信の相手タスクが同一プロセッサ上で実行されているのか，他のプロセッサ上で実行されているかの違いはカーネルによって隠蔽されており，アプリケーションから見るとシングルプロセッサの場合と同じようにサービスコールの呼び出しで同期・通信を実現できます（図 2）．TOPPERS/FDMP カーネルではカーネルが管理するオブジェクト（タスク，セマフォ，イベントフラグ，メールボックス，データキュー，固定長メモリプール等）の ID 番号をシステ
ム全体で一意に決まるグローバルな ID 番号に拡張することで，これらを操作するサービスコールがマルチプロセッサ環境でもそのまま使えます．そのため，システムの仕様変更であるプロセッサの処理内容が増えて，負荷を分散するためにタスクを別のプロセッサに割り当てたとしても同期・通信の部分は修正の必要がなく，工数を削減できます．
（変更後の ID の割り当てもツールで処理できます．
）
上記に加えて，TOPPERS/FDMP カーネルでは以下のメリットがあります．
＜シングルプロセッサ用カーネルと同じ API が使える＞
部品点数の削減を目的にワンチップ化する場合，TOPPERS/FDMPカーネルではシングルプロセッサ用のμITRON 仕様とほぼ同じボード
API が使え疎結合（分散システム）るため，既ワンチップ化存のソフト•部品点数削減•高性能
ウェ資産を•低消費電力流用しやす
く，移行時
LSI
密結合（機能分散マルチプロセッサ）の工数が少
図1.
機能分散マルチプロセッサシステム
なくて済みます．
修正する必要がない

カーネルにより違いが隠蔽される

同一プロセッサ内の同期・通信

タスク1

タスク2

タスク3

同一プロセッサ内の同期・通信

プロセッサ間の同期・通信

タスク1
プロセッサ間の同期・通信

処理内容が増えた

タスク2

タスク3

割り付け変更

カーネルA

カーネルB

カーネルA

カーネルB

プロセッサA

プロセッサB

プロセッサA

プロセッサB(a) タスク割り付け変更前(b) タスク2の割り付け変更後

図2. カーネルによるプロセッサ間同期・通信のサポート

対談 - TOPPERS 曼荼羅セッション
今回の対談コーナは，5 月に開催する TOPPERS カンファレンスで計画されている，TOPPERS 曼荼羅について，企画担当のお二人にお話をお願いしたいと思います．
編：お忙しいところ，お集まりくださいましてありがとうございます．まず，曼荼羅セッションと言われても，何の事なのか皆目検討もつきません．曼荼羅とは何でしょうか？
運 1：専門の知識があるわけではないのですが，大きく３つの意味があります．１つ目は古代インドのサンスクリット語で「本質を持てるもの」の意味．
「曼荼羅」は当て字のようです．２つ目はユング1が述べている「自分自身でも意識できない部分を含めた心全体を表現する図」という意味．３つ目は仏教にも関係していますが，融合と一体という宇宙観を象徴したもので，「世界(宇宙)と自己は本来一体」であるということを表しています．これらの言葉からの解釈は，縦も横もなく，自由なコミュニケーションにより一体感が生まれ，より大きな成果が得られると解釈出来ます．
編：哲学的なイメージが強く，なぜ TOPPERS のカンファレンスでセッションを開催するのかやはりイメージできません．なぜ曼荼羅セッションを開催しようと思ったのでしょうか？
運 1：ある経営セミナで曼荼羅組織の情報を得ました．上下関係を持たないネットワーク構造という意味で使用していました．不思
議なことに，高田先生のキャラクターや TOPPERS の組織が点と点が結合した曼荼羅をイメージできると感じました．また，以前から時代の流れが，縦の時代から横の時代に移行していると感じていましたが，TOPPERS を見ていると，縦も横もなく自由に闊達に意見が述べられる場が今後必要であると気づきました．
編：なるほど，TOPPERS の組織と曼荼羅組織に共通点があると考1 ユング＝カール・グスタフ・ユング：心理学者（1875-1961）

えられた訳ですね？
運 1：その通りです．TOPPERS が今後も創造できる組織を維持するには曼荼羅的であることか相応しいのではないかと思います．
編：曼荼羅思想を取り入れた運営を模索したいと考えられているのですね？
運 2：プロジェクトの方向は運営委員や会員の皆さんの意見を取り入れて決定するべきですが，プロジェクトが皆さんにとってどういう方向性を持って活動することが期待されているかを探るのに曼荼羅セッションを利用して考えてみたいと思います．
編：なるほど，普通のセッションのように片方向ではなく，双方向のセッションとなりそうですね？
運 2：その通りです．飲み物を片手に自由な雰囲気の中で少しまじめなディスカションを立ち話ふうにする．パネラーの話はきっかけづくりで主役は曼荼羅に参加いただいている方々です．ミニ展
示を見るもよし，隣の人とのローカルな話もよし，もちろんステージに出て TOPPERS への思いを語る，大歓迎です．
編：ある意味型破りなセッションですね．運営の方々はこのセッシ
ョンで議論された内容をどのように活用するのでしょうか？
運 2：セッションで得られた意見は，プロジェクト運営，WG 活動，技術開発，成果普及方法等に当然反映させます．
運 1：プロジェクトの発展にはドメインを明確にする必要があると考えています．これは曼荼羅においても同じです．ただ漠然と集まっても効果はありません．このセッションを企画するに当たり，プロジェクトのドメインを検討しています(ドメイン自体も皆さんの意見をいただく必要がりますが)．すなわち，カリスマティックリーダに代わるドメインデベロッパーが必要と考えています．
ドメインによって発信する言葉は誰もが魅力を感じるイメージを持たせることが必要であり，それをベースに多くの方が自由に闊達に意見を述べ，発展するという形が望ましいのではないかと思っています．例えば，「我社は高品質な自動車を販売する」というより「快適な移動空間を提供する」といった方が，より広く良い気持ちを与えます．これは単なる思い付きでは無理でそれなりの考察が必要です．TOPPERS ドメインもそれなりの考察が必要です．そして TOPPERS ドメインを発信することでより TOPPERSが発展するという形が望ましいと思っています．
編：曼荼羅セッションで TOPPERS プロジェクトの方向性やドメインを参加者で考えて，今後の運営に反映しようとする試みなのですね．すると TOPPERS 発展の鍵を作りあげる訳ですね．
運 2：そうなりますかね．企画者としてはパネラーの発表に関して参加者の素朴な疑問，本音の意見がどんどん出てくる雰囲気作りをしなくてはいけないと思っています．また，参加していただく方には普段思っていることを気軽に自分の言葉で話して欲しいと思います．
運 1：討論はドメインとその切り口が曼荼羅的になることが重要で，参加者にポジティブな意見を述べて欲しいと思います．
編：なるほど，TOPPERS は若い組織でもありますし，今後の方針を含めて参加者と一緒に魅力ある運営を模索する手助けとして曼荼羅を使うわけですね．
運 2：そうです．ただ，実験段階なのでどのようなメリットを享受できるか不明ですが，日本の発展のためにも曼荼羅的な活動は良い方向に進むと考えています．
運 1：新しい組織論をプロジェクトで実施することにより，参加者への意識付けにも貢献しますし，プロジェクトがボトムアップ，草の根，自主的な運営であることを理解してもらえると思います．
編：プロジェクトは創成期であり，皆さんの意見を柔軟に聞き入れてより魅力的な組織にしたいという考えがあふれていることが分かりました．今日はお忙しいところありがとうございました.曼荼羅セッション，楽しみにしています！

参加のお誘いTOPPERS プロジェクトでは，プロジェクトの趣旨に賛同してくださる方の参加を待っています.プロジェクトの会員となることで，次のようなメリットがあります.
・プロジェクトにおけるソフトウェア開発に参加できる・プロジェクトで開発したソフトウェアを早期に入手できる・プロジェクトで開発するソフトウェアに対して要望をだせる・プロジェクトの主催・共催するセミナに会員費用で参加できる
NPO 法人の会員には，主に団体を対象とした正会員と，個人を対象とした準会員に加えて，プロジェクトに貢献して戴ける教育機
関・公的機関・非営利団体・個人で会費を支払うことが難しい方を対象とした特別会員の制度を用意しています．
TOPPERS プロジェクトに何らかの形で貢献されたい方，プロジェクトで開発したソフトウェアをお使いの方，プロジェクトに興味をお持ちの方は，是非入会をご検討ください．

会員の種別
会員の種別
正会員

資格
団体または個人

準会員

入会金
団体：１０万円
個人：２万円
５０００円

個人
プロジェクトに貢献があると認められる教
特別会員なし
育機関･公的機関･非営利団体･個人なし

お問い合わせ先TOPPERS プロジェクトに関するご質問や入会の申込みは，下記事務局宛にお願いします．また，プロジェクトのウェブサイト( http://www.toppers.jp/ )には，活動の詳細を紹介する資料を置いていますので，ぜひご参照ください．
編集後記
今回で６号目となりましたニュースレターはお楽しみいただけたでしょうか？ 今回のニュースレターには図等を多く取り入れてみましたが，いかがでしょうか？白黒印刷時にうまく印刷できているかちょっと心配です．
また，どうしても図が小さくなってしまうので，読みづらい箇所がありましたらご容赦ください．これらかも楽しいレター作りを目指します．

NPO 法人 TOPPERS プロジェクト

http://www.toppers.jp/
社団法人 日本システムハウス協会内〒103-0007 東京都中央区日本橋浜町 1-8-12 東実年金会館 8F
TEL&FAX (03)3865-5616
Email: secretariat@toppers.jp※"TOPPERS"およびTOPPERSプロジェクトのロゴは、TOPPERSプロジェクトの登録商標です.
※TRONは”The Real-time Operating system Nucleus”の略称,ITRONは”Industrial TRON”の略称,μITRONは”Micro Industrial TRON”の略称です.
※ 本文中の商品名およびサービス名は,各社の商標または登録商標です.

年会費
団体：１０万円
個人：２万円
５０００円