ThreadX

ThreadX（スレッドエックス）は、アメリカ合衆国カリフォルニア州サンディエゴのExpress Logic社によって開発・販売されている、高度に決定論的な組み込みリアルタイムオペレーティングシステム (RTOS)であり、主にC言語で書かれている。 Express Logic社は、2019年4月18日に非公開の買収金額でマイクロソフト社に買収された。 ThreadXの作者(1990年のNucleus RTOSの作者でもある)はWilliam Lamieであり、Express Logic社の社長兼CEOを務めている。 ThreadXの名称は、スレッドが実行可能な要素であることと、 コンテキストスイッチ(スレッドの切り替え)を意味する「X」の文字に由来している。ThreadXは、優先度付きのプリエンプティブなスケジューリングと、高速な割り込みレスポンス、メモリー管理、スレッド間通信、排他制御、イベント通知、スレッド同期の機能を提供する。 ThreadXに特徴的な主な機能としては、preemption-threshold、 優先度継承、効率的なタイマー管理、ピコカーネル設計、event-chaining、高度なソフトウエアタイマー、コンパクトなサイズがある。ThreadXの最小サイズは、ARMのプロセッサー上で2KB程度である。 ThreadXはAMPとSMPの両方のマルチコア環境をサポートしている。モジュールを利用することで、MMUやMPUによるメモリー保護を活用して、アプリケーションスレッドを分離することも可能である。 ThreadXは、TUVとULからextensive safety certificateを与えられており、MISRA Cにも準拠している。 ThreadXは、Express Logic社のX-Ware IoTプラットフォームの基盤であり、X-Wave IoTプラットフォームは、組み込みファイルシステムサポート(FileX)、組み込みUIサポート(GUIX)、組み込みTCP/IPとクラウド接続(NetX/NetX Duo)、USBサポート(USBX)を含んでいる。ThreadXは、開発者から高い評価を得ており、非常に幅広く利用されているRTOSである。 市場調査会社であるVDC Research社によると、ThreadX RTOSは、 家電製品からネットワーク機器、SoCまで、2017年時点で62億台以上の機器で利用されている。 ThreadXは、ソースコードが提供され、ロイヤリティーフリーで利用できるマーケティングモデルで提供されている アナログ・デバイセズ Blackfin CM4xx Precision Microcontrollers SHARC ULP Microcontrollers ARMアーキテクチャ ARM7 ARM9 ARM Cortex-A ARM Cortex-R ARM Cortex-M ARM Cortex-A 64-bit ARMv8M TrustZone Cadence Xtensa CEVA TeakLite-III EnSilica eSi-RISC Infineon XMC1000 XMC4000 Intel Nios II Cyclone Arria 10 X86 Microchip AVR32 PIC24 dsPIC33 PIC32 SAM C-V SAM9 SAMA5 MIPSアーキテクチャ MIPS32 4Kx MIPS32 14Kx MIPS32 24Kx MIPS32 34Kx MIPS32 74Kx MIPS32 1004Kx interAptiv microAptiv proAptiv M-Class NXP ColdFire+/ColdFire i.MX Kinetis LPC PowerPC S32 ルネサス H8/300H RX RZ SH Synergy V850 ST STM32F0 STM32F1 STM32F2 STM32F3 STM32F4 STM32F7 STM32L Silicon Labs Gecko Giant Gecko Giant Gecko S1 Happy Gecko Jade Gecko Leopard Gecko Pearl Gecko Tiny Gecko Wonder Gecko Zero Gecko シノプシス ARC 600 ARC 700 ARC EM ARC HS テキサス・インスツルメンツ C674x C64x+ Hercules MSP430 SimpleLink MSP432 Sitara Tiva-C ザイリンクス Microblaze Zynq-7000 Zynq UltraScale+ ThreadXは、1997年に初めて提供された。ThreadX 4は2001年に、ThreadX 5は2005年に提供が開始された。ThreadX 5が最新バージョンである。 FileX組み込みファイルシステムサポートは1999年に提供が開始された。 NetX組み込みTCP/IPネットワーキングスタックは2002年に提供が開始された。 USBX組み込みUSBサポートは2009年に提供が開始された。 ThreadX SMPは、2009年に提供が開始された。 ThreadX Modules2011年に提供が開始された。 2013年にThreadXはTUV IEC 61508 safety certificationを取得した。また、2014年にはUL 60730 certificateを取得した。 GUIX組み込みUIは2014年に提供が開始された 2017年のVDC Research社の調査によると、ThreadXは62億台以上で利用される最も広く使われるRTOSの一つである。 2019年4月18日にExpress Logic社は、非公開の買収金額でマイクロソフト社に買収された。 ThreadXは、preemption-thresholdと呼ばれるプロプライエタリーな機能によって、優先度付きのプリエンプティブなスケジューリングアルゴリズムを実装している。Preemption-thresholdは、クリティカルセクションにおける細かな粒度と、コンテクストスイッチの削減を提供する。 ThreadXはevent chainingと呼ばれる独自の構造を提供する。これにより、アプリケーションは外部イベントで起動される全てのAPIに対してコールバック関数を登録することができる。これにより、アプリケーションはThreadX内の様々な公開されたオブジェクトに対して連結することができ、一つのスレッドが複数のオブジェクトを効果的にブロックすることができる。 ThreadXは、他にもカウンティングセマフォや優先度の継承が可能な排他制御、イベントフラグ、メッセージキュー、ソフトウエアタイマー、固定長メモリーブロック、可変長メモリーの機能を提供している。リソースをブロックするThreadXの全てのAPIは、タイムアウトを設定可能である。 ThreadXはAMPとSMPによるマルチコアサポートを提供する。アプリケーションコードの分離は、ThreadX Modulesコンポーネントにより利用可能である。 ThreadX RTOSのコンポーネントは以下のようである。 組み込みファイルシステム 組み込みグラフィカルユーザーインターフェイス 組み込みネットワーキング 組み込みUSB Safety certification パッケージング FileXは、ThreadXの組み込みファイルシステムである。 FileXはFAT12とFAT16、FAT32、exFAT形式をサポートする。exFATはFATのファイル容量制限を4GB以上に拡張したものであり、 ビデオファイルで特に有用である。exFATを利用するには、マイクロソフト社から直接ライセンスを得る必要があるのには注意が必要である。FileXは障害許容性と、フラッシュメモリーのウェアレベリングサポートであるLevelXと呼ばれる製品を使ってNORまたはNANDフラッシュメディアを直接利用する機能も提供する。 GUIXはThreadX用の組み込みUIである。GUIXはThreadXを利用した組み込みアプリケーションに2次元グラフィックスランタイム環境を提供する。GUIXは、様々な画面解像度と色深度を持つ複数のディスプレイをサポートする。多くの定義済みのウィジェットが利用可能である。GUIX Studioと呼ばれるWIndows用のWYSIWYGホストツールを利用することで、ランタイムで実行可能なGUIX用のCのコードを自動的に生成することができる。 NetX Duoは、ThreadX用のTCP/IPシステムである。NetX Duoは、IPv4とIPv6の両方をサポートし、ARPやAutoIP、DHCP、DNS、DNS-SD、FTP、HTTP、ICMP、IGMP、mDNS、POP3、PPP、PPPoE、RARP、TFTP、SNTP、SMTP、SNMP、TELNETなどのプロトコルをサポートしている。IPレイヤーでのネットワークセキュリティーは、IPsecによって提供される。TCPまたはUDPのソケットレイヤーでのセキュリティーは、それぞれTLSとDTLSにより提供される。IoTクラウドプロトコルとしては、CoAPやMQTT、LWM2Mなどが提供される。NetXはThreadと6LoWPANもサポートする。2017年に、ThreadXとNetX Duoは、Threadの認証製品となった。 USBXは、ThreadXの組み込みUSBシステムである。USBXはホストとデバイスの両方をサポートする。ホストコントローラーとしては、EHCIとOHCIに加え、プロプライエタリーなUSBホストコントローラーもサポートする。USBXはOTGもサポートする。USBXはクラス等としてオーディオやASIX、CDC/ACM、CDC/ECM、DFU、GSER、HID、PIMA、プリンター、Prolific、RNDIS、ストレージをサポートする。 ThreadXとFileX、NetX Duoは、IEC 61508 SIL 4とIEC 62304 Class C、ISO 26262 ASIL D、EN 50128 SW-SIL 4の各安全基準についてSGS-TUV Soarにより事前に認証済みである。 ThreadXとFileX、NetX Duoは、UL/IEC 60730とUL/IEC 60335,UL 1998についても事前に認証済みである。 ThreadXとFileX、NetX Duoは、様々な軍事企業と宇宙航空企業により、DO-178標準の認証済みでもある。wolfSSLといった著名にSSL/TLSライブラリーのサポートもある。 2017年の時点で、ThreadXはX-Ware IoTプラットフォームの一部として、全体のソースコードが付属し、ランタイムのロイヤリティーなしでパッケージ化されている。 主要なThreadXを利用した製品として、小型のウェアラブルデバイスからHP社のプリンター、NASAのディープインパクトスペースプローブまでが挙げられる。 Intel Management Engine (ME) ^ a b Janakiram MSV (2019年4月). “How Does The Express Logic Acquisition Help Microsoft And The IoT Ecosystem”. 2019年7月31日閲覧。 ^ Bernard Cole & Toni McConnel (2010年9月). “Bill Lamie: Story of a man and his real-time operating systems”. Embedded. 2019年7月31日閲覧。 ^ Jonh Carbone. “Enabling Shorter Time to Market and Reduced Development Cost”. Renesas. 2019年7月31日閲覧。 ^ “IoT & Embedded Operating Systems”. www.vdcresearch.com. 2018年7月31日閲覧。 ^ Yun Wang and Manas Saksena. “Scheduling Fixed-Priority Tasks with Preemption Threshold”. Department of Computer Science University of Utah. 2019年7月31日閲覧。 ^ “Event Chaining Enables Real-Time Systems to Respond to Multiple Real-Time Events More Efficient”. Express Logic. 2019年7月31日閲覧。 ^ “Thread Certified Products”. Thread Group. 2019年7月31日閲覧。 ^ “wolfSSL with Improved ThreadX/NetX Support - wolfSSL” (英語) (2018年1月16日). 2019年2月13日閲覧。 ^ “NASA's "Deep Impact" employs embedded systems to score bullseye 80 million miles away”. Military Embedded Systems. 2019年7月31日閲覧。 Express Logic, Inc. ThreadX Information at Express Logic