マルチコア/マルチOS環境でのデバイス共有/コア間・OS間通信

組込みシステムでのRTOSとLinuxの共存を検討する際に、デバイスの共有とOS間通信がネックになるケースがあります。ユビキタスAIではこれらを実現するためにリアルタイムシステム用に設計・開発された仕組みを使い、Linux用のオープンソースのOS間通信の仕組みを応用する際に起こりがちなパフォーマンスの問題を解決しています。

本ページでは、マルチコア/マルチ OS 環境でのデバイス共有/コア間・OS間の通信を円滑に行うための手法と、開発に役立つソフトウェアについて解説します。

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4. マルチコアで複数のOSを使用する場合の構成および使用例

4-1. Linux1からEthernetを使用する場合（通常のEthernet通信）

4-2. RTOS（TOPPERS）からEthernetを使用する場合

4-4. Linux1とRTOS（TOPPERS）間のコア間/OS間通信

4-5. Linux2とRTOS（TOPPERS）間のコア間/OS間通信

1. はじめに

Linux用のオープンソースのOS間通信の仕組みをRTOSでも使えるようにする方法もありますが、元々リアルタイムシステム用には作られていないため、思うようなパフォーマンスが得られないこともあります。
Hypervisorを使うのも一つの方法ではありますが、Hypervisorはエンタープライズ用途のものがほとんどで、組込みシステムで使うにはオーバースペックな上、設定が複雑です。また組込みLinuxやRTOSをHypervisor上に正しく移植するのはかなり困難です。

TOPPERS-Pro MDCOMは、リアルタイムシステム向けに開発された高速なOS間通信の仕組みです。このMDCOMをLinuxおよびRTOSのTCP/IPの仮想物理層として使用することにより、以下がアドバンテージが得られます。

Ethernetが繋がっていないOSからでもSocketを使ってEthernetにアクセスできる
各OS間通信にSocketが使える

以下、イメージ図を使って解説します。

2. LinuxとRTOSの構成

Linuxが動作しているコアにEthernetコントローラーが接続されている場合は、別コアで動作しているRTOSからはEthernetを使用することができません。

LinuxとRTOSの構成

コア間通信TCP/IPネットワーク機能を使うと、RTOS上のアプリケーションも通常のSocketを使ってEthernetを使用できます。

また、RTOSとLinux間の通信もSocketを使えるので、マルチコア/マルチOSのシステムでも可搬性・移植性の高いプログラムが作れます。

RTOS側のTCP/IPスタックであるHE-NETの仮想EthernetドライバーとLinux側の仮想Ethernetドライバーは、高速なOS間/コア間通信ライブラリであるMDCOMで接続されており、仮想ドライバー経由でのアクセスでも通信速度の低下はほとんどありません。
Linuxでは、L3 routingの機能を使って仮想Ethernetと実Ethernetを繋ぎます。