狠狠撸

TOPPERS/SSP を用いた教育訓練カ
リキュラムカーネルの自作およびカ
スタマイズ
アライブビジョンソフトウェア株式会社
高橋和浩
https://www.facebook.com/firstandlastandallways
TOPPERS プロジェクト　特別会員（個人）
? アイデアアプリケーションコンテスト
? アイデア部門　入賞

バックグランド（それまでの経緯）
? ルネサスエレクトロニクスの
RTOS(μITRON カーネル ) のおよそ 8 年
ほど受託開発。　 M32C M16C R32C RX
など
? ポリテクセンター兵庫にて、在職者向け
コース（ μITRON) を担当 (H24 より実
施）

動機
? ITRON を使うセミナから作るセミナにし
たい
? 受講生からの要望
? オープンソースの OS を使う以上、中身の
理解の必要性
? 入り口として、もっとも手軽なもの　最少
セットカーネル
? Linux のカーネルに読破にくじけた人にも
? OS 自作本などのニーズ

μITRON （ＲＴＯＳ）の講習会
? ポリテクセンター兵庫（武庫之荘）で実施
　　? μITRON 基本
　　? μITRON ネットワーク
　　?新講習　ＲＴＯＳ自作とカスタマイズ（本
年１月実施）
　いずれも土曜日 3 日間
? H27 年度ももちろんあります

RTOS 自作講習会の概要
? 標準 ITRON ガイドブック（作り方の章）
　　特に専門用語の解説をしっかり
? TOPPERS/SSP( オープンソース μITRON) を
ベース（シュリンク版というものを利用）
? ボードで実際に演習を交えて実施（雑誌付録ボー
ド RX62n)+E1 デバッガ
? ソースコードをステップベースで解説していきま
す。
　　 (SSP は省ステップなので可能）
? SSP 本来の機能からカーネル機能拡張（待ち状態
を追加）作業を演習実施。 dly_tsk を実装してい
きます。

講習のサンプル
? ソースコード解説の例
? カーネル拡張の例

カーネルコード解説
? sta_ker() から始まる。
? マルチタスクになる前段
階の処理
? ブート一回目だけの処理
としてカーネルオブジェ
クトの生成がある。
? SSP はカーネルオブジェ
クトといってもタスクの
み
? TCB の初期設定をする。
? 最後にディスパッチャを
呼ぶ
void
sta_ker(void)
{
initialize_object();
kerflg = true;
intnest = 0;
dispatcher();
}

カーネルコード解説 2
? ディスパッチャ部分
? これは、途中で待ちになら
ない SSP 特有のディスパ
ッチ処理。
? 優先度の高いタスクにプリ
エンプトはするが、待ち状
態にはならないから、タス
クの高いタスクが終了して
から低いタスクの起動はこ
ういう単純な呼び出しでよ
い。
? さらに SSP はスタック共
有型なのでスタックを切り
替える必要はない。

? スケジューラは、今の
レディーキューから、
次にディスパッチする
タスクを選ぶ処理。
? レディーキューの構造
に依存するが、 SSP は
単純なビットマップの
み
uint_t
search_schedtsk(void)
{
return primap_search();
}

ER
act_tsk(ID tskid)
{
ER ercd;
uint_t tskpri;
LOG_ACT_TSK_ENTER(tskid);
CHECK_TSKCTX_UNL();
CHECK_TSKID_SELF(tskid);
tskpri = get_ipri_self(tskid);
t_lock_cpu();
if (test_dormant(tskpri)) {
if(make_active(tskpri)) {
run_task(tskpri);
}
ercd = E_OK;
}
else {
ercd = E_QOVR;
}
t_unlock_cpu();
error_exit:
LOG_ACT_TSK_LEAVE(ercd);
return(ercd);
}

? 最後は、ユーザーからの OS 呼び出しである。
? タスクの起動で、基本はまずレディーキューに指
定したタスクの TCB をキューイングする
? カーネルの最後（遅延ディスパッチで）今の最優
先タスクを動かす。
? SSP は単純にサブルーチンコールしかしていない
ので、
? タスクは常に頭から動くが、プリエンプトされて
復帰するケースは
? 自タスクよりも高いタスクを起動した場合。
? 起動されたタスクが終了した時点で、タスク起動
後に戻ればいいのでサブルーチンコールするのと
同じ作りで実現している

タスクスイッチの例 ( 追加ペー
ジ）
? タスク 2 が RUN 中に、 act_tsk() でタス
ク 1 を起動
? タスク 1 が優先度が高い場合
? タスク 1 がサブルーチンコールされる動き
タスク２中断
実行
タスク１
時間
act_tsk(task1)
呼び出し

? 移植対応部　アセンブリ言語

割込み時のタスクスイッチの例（追加ペ
ージ）
? Task2 が RUN 中に割り込みが発生
? 割込みハンドラで iact_tsk(task1) を呼び
出
? Task1 が優先度高い
0 1 2 3 4 5
割り込み処理
Task2
割り込み発生
Task1
時間
Copyright (C) Reserved 2010 Embedded Systems Co.,
割り込み発生 iact_tsk(task1)
Running
Ready
Dormant

シュリンク版
? SourceForge に公開
? http://sourceforge.jp/projects/shrink-sp-rx62n/
? 本物との違い
? 割込みベクターの登録およびスタートアップの削
除　? OS なし環境を流用
? なぜ作ったか？
? SSP カーネルの簡潔な処理に比較して割り込みベ
クタ関係の処理の難度が高く、コード量も多い。
カーネルを学ぶために必要な部分だけ残した。そ
れで動くことが必要と考えた

TOPPERS/SSP のカスタマイズフル改造編
? （１）待ち状態を持つカーネルの設計
? （２）実装
? 　　イ．コンテキストの保存と復元
? 　　ロ．サービスコール部の作成
? （３） dly_tsk の追加
? 　　イ．実装に必要な項目の整理
? 　　ロ．指定時間待ちの実装 (dly_tsk)
? （４）評価?改善
? 　　イ．制作したカーネルを用いる際の問題点の把握
? 　　ロ．問題点の改善

（１）待ち状態を持つカーネルの設計
? 待ちを持つということは
? タスクが　 run --> wait --> dormant
? 　　　 wait --> ready
? 中断したところから再開しなければならな
い。

コンテキストの保存と復元
? 1. コンテキストの保存エリアを検討する。
? 2. コンテキストからタスクが復帰する仕組
みでのタスク起動部を実装する
? 3. タスクスイッチする場合にコンテキスト
の保存と復帰をします。
? タスクがスイッチするときにコンテキスト
を保存 / 復帰するように実装する。

longjmp/setjmp の利用
? コンテキストの保存領域を渡して call すれば、そ
こに保存される。
? 割込みには対応できないので工夫が必要
? シュリンク版の移植性を考慮して C でできるだけ
実装

longjmp/setjmp の限界
? RTOS のコンテキスト保存
は、 longjmp/setjmp だけでは、すべて
の場合に対応できません。
? 少なくとも戻り値が、 R1 レジスタが保存
されないことがある。
? 割り込みには対応できない
? 割り込み部でレジスタ保存 / 復帰を補完す
る必要がある。

Longjmp/setjmp の考え方
? Setjmp はコンパイラが把握
　　 OS 呼び出しの場合は、 setjmp を使い、これ
はコンパイラが把握できる。 Setjmp から戻る場
合は、レジスタ一式が復帰して jmp してくるが
保存を必要としない一部のレジスタを壊しても続
行できる。
? 割込みはコンパイラが把握できない
　　割り込みの場合はコンパイラが把握していない
ため、どこでどのレジスタを壊していいというこ
とがなくなる。

今後の展開
? ポリテクセミナーの内容（プラットフォー
ム）の見直し
? SSP シュリンク版の拡张

セミナのプラットフォーム

シュリンク版のこれから
? ハード依存部が少ないことから移植がしや
すいはず
　　? raspberry pi に移植しました
　　　　 (baremetal 環境）
http://www.slideshare.net/alvstakahash
i/raspberry-pi-toppers-ssp

ありがとうございました
? ポリテクセンター兵庫　在職者研修
http://www3.jeed.or.jp/hyogo/poly/contents/holding/index.html
正式名称
独立行政法人高齢?障害?求職者雇用支援機構
兵庫職業訓練支援センター
兵庫職業能力開発促進センター
? アライブビジョンソフトウエア株式会社
http://homepage3.nifty.com/ALVS/
? Facebook
https://www.facebook.com/firstandlastandallways
ありがとうございました

狠狠撸

TOPPERS/SSPを用いた教育訓練カリキュラムカーネルの自作およびカスタマイズ @ソフトウェア講演会名古屋

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