組み込み向け仮想化ソフトウエア『Real-Time Hypervisor』

●マルチコア時代の組み込みシステム

　今後の組み込み分野で確実に使用されることになるマルチコア・プロセッサを，システムとしてどう活用していくべきか，という疑問に1つの答えを打ち出すのが，仮想化ソフトウエア「Real-Time Hypervisor（以下RTH）」です．
　RTH はマルチコアの各CPU コア上で複数OS を独立同時動作するための組み込み向けハイパーバイザです．

● Windows とRTOS が単一PC で混在稼動可能
・x86マルチコア・プロセッサ上で複数OSが相互に独立動作
・OS ごとに任意のコア数を割当て可能
・任意のOSを自由に再起動可能
● RTOS：追加のレイテンシ（遅延）ゼロで稼動
・デバイスドライバの修正なしでハードリアルタイム性を実現
・ハードウェアへの直接アクセス実現（VMM による遅延なし）
● 仮想ネットワークによる高速OS 間通信
・メインメモリを介してOS間でのTCP/IP 通信を実現
・ブリッジ接続により外部ネットワークとの通信可能
● テキストファイル1 つで簡単設定
・ブートタイミングやハードウェア割当てなどの全ての設定をテキストファイル1つの修正で完了

　マルチコア・プロセッサで複数OS を動作させる理由は様々です．モーション制御，I/O制御などでリアルタイムOSやPLCをすでに使用している場合，これらを1つのマルチコア・プロセッサにまとめることができます．WindowsとRTOS を1つのマルチコア・プロセッサで同時稼働することで，Windowsが得意なクラウドへのネットワーク接続，リッチユーザーインターフェース，データベース通信といった強みを，システムの機能として盛り込むことが可能になります．

●RTH の 動作イメージ・起動プロセス

　図1がRTH の動作イメージを表しています．Intelの仮想化アーキテクチャ「Intel-VTx」を使用しWindows（汎用OS）を完全仮想化します．Intel-VTxを介してWindowsの挙動を常時監視することにより，RTOS のハードウェアリソースを汎用OSから隔離・保護します．一方で，RTOSにはハードリアルタイム性が求められるため，完全仮想化しません．CPU コア上で直接動作することにより，余計なレイテンシ（遅延）を一切加えることなく，RTOSが本来持っているパフォーマンスをそのまま引き出すことが可能となります．このように組み込み向けリアルタイム・システムに特化して設計されたハイパーバイザです．
　RTH システムの起動プロセスは下記の通りです．RTHによりOSブート前にハードウェア・リソース割り当てが全て完了します．

1）BIOS 起動
2）ブートローダ（GRUB）起動
3）ブートローダ：RTHをOS として起動
4）RTH：システム設定ファイルを読込
・各OSごとのハードウェア，メモリ，コアの割当て実行
・ハードウェア割り込みコントローラ設定
5）各OS が設定ファイルに従い同時ブート
6）全OS 起動後，RTH は汎用OS の監視と例外処理のみをメモリ上で実施

図1 RTH の動作イメージ

●RTH の対応OS
・Microsoft Windows XP
・Microsoft Windows 7
・Linux
・Android
・Wind River VxWorks
・Windows Embedded CE
・QNX Neutrino
・On Time RTOS-32
・Microware OS-9 for x86
・ITRON 系OS
・任意の自社OS

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