マイクロPCとリアルタイムOS（RTAI)


マイクロPCとリアルタイムOS（RTAI)
目　　次１　はじめに２　概　　要３　API解説　　 5節　スケジューラ　　 6節　タスク生成とタイマー　　　 IPC（列挙）４　作　　成５　Download ６　SquashｆｓによるROM化７　LiveUSB/LiveNET

１　はじめに
RTAI （Real-Time Application Interface）は、DIAPM（Department of Aerospace Engineering of Politecnico di Milano）で開発され、http://www.rtai.org/でオープンソースプロジェクトとして公開されている。　もともとAdeosと呼ばれるナノカーネル上にLinuxカーネルとRTOSを実装ししたようであるが、これがRtLinuxのパテントを避けることができることから、FreeなGPLとして発展したようです。

２　概　　要
RTAIはAdeosのひとつの発展形としてできた、商用 RTLinuxに対抗するものです。 RtLinuxにも Freeなものがありますが、実用的には有償の RtLinux Pro以降になります。また肝心の割り込み手法は米国内特許になっています。ならば、FreeでありGPLなRTOSを作ろうということで作られたのがRTAIである（らしい）。 FreeでありLGPLである。豊富なAPI郡。豊富というよりはバラエティーに富んだAPI群というべきか。~rtai-3.4/base以下を参照してください。 RtLinuxの割り込み機構を避けるため、ソフトウエアPICというべきものをLinux-kernelとハードウエアの間に置く。これをpicokernelと呼ぶ（らしい）。 RtLinuxと同様にカーネルモードだけではなくユーザモードでのRTタスクの記述もできる。 RTプロセスでもUDP/IPは使用可能。（ユーザモードでプログラム可能とはいえ、大半のシステムコールがリアルタイム対応になる訳ではない。それでも良ければtcp/ipはカーネルスペースでも使えるが。）　いずれにしても、マイクロPCを用いればディスクレスの本格的なフリーのRTOSが簡単に作れることにちょっと感動。　これを Debian を使用してVIA C3(Eden) 667Mhzにインストールし、２５６Mbのフラッシュメモリで動作させる。使用マイクロPCは HighTechSysem 製 EES3610 ＋メモリ128Mb ＋ CF256Mbのディスクレスマシン。

３　API解説
３．１　５節　スケジューラ　　３．２　６節　タスク生成及びタイマー　　３．３　IPC（列挙しただけ）

４　作　　成
CF版 debian-linux の作成方法はここにあります。　このCFのカーネル部分に picokernel に相当する部分の充当をしなければならない。　このためkernel-2.6.17に対して ~rtai-3.4/base/arch/i386/patch/　以下にある該当するpatchファイルでpatchを当てる。続いて~rtai-3.4直下で以下を行います。 `make menuconfig make all make install` 　もしdefaultのままなら/usr/realtimeにテストプログラムとkernel moduleが出来上がる。適宜必要なmoduleをinsmodして使うことになる。　インストールされているプログラム類。 `/usr/realtime`　　　　　　　RTAI本体 `~rtai-3.4`　　　　　　　　　　上記ソース類 `~showroom`　　　　　　　　　　小さな使用例たくさん

５　DOWNLOAD
まず、基になるDebian3.1-kernel-2.6.17.14、RTAIパッチ済みの最小システムをここから持ってくる。この中にRTAIの基本的なすべてのものがコンパイル済みで含まれています。内容はDebianのインストールを可能とする最小のシステムおよびRTAIのシステムモジュール(/usr/relatime)（~rtai-3.4/)と参考プログラム(~showroom/)のみが入っています。（注意）正味256Mbあります。　CFはbuffalo RCF-X 256MBを対象にして、IDE(1,1)2番目のチャンネルのマスターにアサインしています。　ダウンロードしたファイルはCFのイメージそのものですから、書き込み可能なLinuxマシンにてｄｄコマンドでCFに書き込んでください。（これはターゲットでは/dev/hdcになります。）　なお、"root"のpasswdおよびuser"admin"のpasswdは共に"admin01"です。実行は/usr/realtimeに実行性能を測るサンプルが、~showroot/には小さなサンプルがあり、その中に runファイルがあります。当該ディレクトリに移動して `./run` で動作します。もしｒｔｆが必要な場合は #!/bin/bash for n in `seq 0 9` do f=/dev/rtf$n mknod -m 666 $f c 150 $n done のようなshellプログラムを実行してください。

６　SquashfsによるROMファイル化
Flashメモリは書き換え回数に上限があります。書き換えの必要なファイルはtmpfsとしてRAMDISKでの処理になります。　Debian4.0では256Mbを超えそうなことと、Flashメモリの特性を考慮して、Squashfsに変更することにしました。この基になるのはDebian LiveCDです。　簡単に手順を説明すると、LiveCDのisolinuxをgrubへ変更し、改めてDebia4.0で作成したカーネルvmlinuxの入れ替えとinitrd.imgの/lib/modules以下の入れ替えを行います。（これをliveCFとする。）　次に、filesystem.squashfsを解凍して別のパーティションにルートファイルシステムを作成し、同様にカーネルを入れ替えます。これにgrubを追加すれば自立的にブートできるパーティションが出来上がります。　ブートアップしてrtai-3.5をインストールし、テストしながら必要なモジュールがあればapt-get install xxxで供給し、全てのテストを完結する。できあがったファイルシステムをmksquashfsでfilesystem.squashfsに戻し、liveCFのfilesystem.squashfsと入れ替える。　こうしてできあがったliveCFを立ち上げるとパスワード等を設定していないので、いきなりユーザcasperでlogin状態になります。ファイル構成は次のようになります live:~# df Filesystem 1K-blocks Used Available Use% Mounted on tmpfs 55556 0 55556 0% /lib/init/rw udev 10240 40 10200 1% /dev tmpfs 55556 4 55552 1% /dev/shm rootfs 145476 93060 52416 64% / /dev/hdc1 120807 108722 5848 95% /live_media tmpfs 55556 3140 52416 6% /cow tmpfs 55556 0 55556 0% /tmp live:~# ここでrootfsは圧縮されたルートファイルシステムです。/live_mediaはCFの内容そのままです。ここでは128MbのCFを使用しています。rootfsはReadOnlyですから書き換えの必要があるものは/cowにまとめられています。 live:~# ls -l /cow total 0 drwxr-xr-x 2 root root 60 2007-07-21 07:43 cow drwxr-xr-x 8 root root 1480 2007-07-21 09:59 etc drwxr-xr-x 4 root root 80 2007-07-21 09:59 home drwxr-xr-x 3 root root 60 2007-07-21 07:44 lib drwxr-xr-x 2 root root 60 2007-07-21 07:43 live_media drwxrwxrwt 2 root root 200 2007-07-21 07:43 tmp drwxr-xr-x 3 root root 60 2007-07-21 07:43 usr drwxr-xr-x 7 root root 140 2007-07-21 07:44 var live:~# これらのファイルはシステム終了時にCFにセーブしましょう。とはいえ、128Mbではその余裕はありませんが。このLiveCFはここにあります。補足 suへの移行法 $ sudo passwd Enter new UNIX passsword: xxxxxxxx Retype new UNIX password: xxxxxxxx $ su Password: xxxxxxxx # 　なお、ここで使用されているunionfsは実用性の点からaufsへ変更しましょう。

７　Live-USB
多くのマシンで動作可能にするもう一つの方法としてLiveUSBがあります。上記LiveCFのローダをsyslinuxに置き代えたUSB版のLiveUSB-Rtaiはここにあります。なお、このLiveUSBはLive－Helperで作成したものです。また、このunionfsはaufsに変更してあります。

Live-NET
grub->isolinux->syslinuxと進んできて、いよいよNetworkBootにたどり着きました。NetworkBootも（Intel提唱PXEに限れば）ローダーがpxelinuxになるだけで後は同じです。Netで結ばれた多数の端末マシンの一括制御、一括修正、WakｂeOnLanを使えばリモートで全て操作可能であり、多端末のデータギャザリング等では威力を発揮しそうです。



●RT-Linuxデバッグの一方法● ●マイクロPCとRTAI-Lab● ●PIC２４FとFreeRTOS●
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　　目　　次
１　はじめに
２　概　　要
３　API解説
　　5節　スケジューラ
　　6節　タスク生成とタイマー　
　　IPC（列挙）
４　作　　成
５　Download
６　SquashｆｓによるROM化
７　LiveUSB/LiveNET

１　はじめに

　RTAI （Real-Time Application Interface）は、DIAPM（Department of Aerospace Engineering of Politecnico di Milano）で開発され、http://www.rtai.org/でオープンソースプロジェクトとして公開されている。
　もともとAdeosと呼ばれるナノカーネル上にLinuxカーネルとRTOSを実装ししたようであるが、これがRtLinuxのパテントを避けることができることから、FreeなGPLとして発展したようです。

２　概　　要

　RTAIはAdeosのひとつの発展形としてできた、商用 RTLinuxに対抗するものです。 RtLinuxにも Freeなものがありますが、実用的には有償の RtLinux Pro以降になります。また肝心の割り込み手法は米国内特許になっています。ならば、FreeでありGPLなRTOSを作ろうということで作られたのがRTAIである（らしい）。

FreeでありLGPLである。
豊富なAPI郡。豊富というよりはバラエティーに富んだAPI群というべきか。~rtai-3.4/base以下を参照してください。
RtLinuxの割り込み機構を避けるため、ソフトウエアPICというべきものをLinux-kernelとハードウエアの間に置く。これをpicokernelと呼ぶ（らしい）。
RtLinuxと同様にカーネルモードだけではなくユーザモードでのRTタスクの記述もできる。
RTプロセスでもUDP/IPは使用可能。（ユーザモードでプログラム可能とはいえ、大半のシステムコールがリアルタイム対応になる訳ではない。それでも良ければtcp/ipはカーネルスペースでも使えるが。）

　いずれにしても、マイクロPCを用いればディスクレスの本格的なフリーのRTOSが簡単に作れることにちょっと感動。
　これを Debian を使用してVIA C3(Eden) 667Mhzにインストールし、２５６Mbのフラッシュメモリで動作させる。
使用マイクロPCは HighTechSysem 製 EES3610 ＋メモリ128Mb ＋ CF256Mbのディスクレスマシン。　

３　API解説

　　３．１　５節　スケジューラ
　　３．２　６節　タスク生成及びタイマー
　　３．３　IPC（列挙しただけ）

４　作　　成

CF版 debian-linux の作成方法はここにあります。　このCFのカーネル部分に picokernel に相当する部分の充当をしなければならない。
　このためkernel-2.6.17に対して ~rtai-3.4/base/arch/i386/patch/　以下にある該当するpatchファイルでpatchを当てる。続いて~rtai-3.4直下で以下を行います。

make menuconfig
make all
make install

　もしdefaultのままなら/usr/realtimeにテストプログラムとkernel moduleが出来上がる。適宜必要なmoduleをinsmodして使うことになる。
　インストールされているプログラム類。

/usr/realtime　　　　　　　RTAI本体
~rtai-3.4　　　　　　　　　　上記ソース類
~showroom　　　　　　　　　　小さな使用例たくさん

５　DOWNLOAD

　まず、基になるDebian3.1-kernel-2.6.17.14、RTAIパッチ済みの最小システムをここから持ってくる。この中にRTAIの基本的なすべてのものがコンパイル済みで含まれています。
内容はDebianのインストールを可能とする最小のシステムおよびRTAIのシステムモジュール(/usr/relatime)（~rtai-3.4/)と参考プログラム(~showroom/)のみが入っています。（注意）正味256Mbあります。
　CFはbuffalo RCF-X 256MBを対象にして、IDE(1,1)2番目のチャンネルのマスターにアサインしています。
　ダウンロードしたファイルはCFのイメージそのものですから、書き込み可能なLinuxマシンにてｄｄコマンドでCFに書き込んでください。（これはターゲットでは/dev/hdcになります。）
　なお、"root"のpasswdおよびuser"admin"のpasswdは共に"admin01"です。実行は/usr/realtimeに実行性能を測るサンプルが、~showroot/には小さなサンプルがあり、その中に runファイルがあります。
当該ディレクトリに移動して

./run

で動作します。
もしｒｔｆが必要な場合は

#!/bin/bash
      for n in `seq 0 9`
      do
          f=/dev/rtf$n
          mknod -m 666 $f c 150 $n
      done

のようなshellプログラムを実行してください。

６　SquashfsによるROMファイル化

　Flashメモリは書き換え回数に上限があります。書き換えの必要なファイルはtmpfsとしてRAMDISKでの処理になります。
　Debian4.0では256Mbを超えそうなことと、Flashメモリの特性を考慮して、Squashfsに変更することにしました。この基になるのはDebian LiveCDです。

　簡単に手順を説明すると、LiveCDのisolinuxをgrubへ変更し、改めてDebia4.0で作成したカーネルvmlinuxの入れ替えとinitrd.imgの/lib/modules以下の入れ替えを行います。（これをliveCFとする。）
　次に、filesystem.squashfsを解凍して別のパーティションにルートファイルシステムを作成し、同様にカーネルを入れ替えます。これにgrubを追加すれば自立的にブートできるパーティションが出来上がります。
　ブートアップしてrtai-3.5をインストールし、テストしながら必要なモジュールがあればapt-get install xxxで供給し、全てのテストを完結する。できあがったファイルシステムをmksquashfsでfilesystem.squashfsに戻し、liveCFのfilesystem.squashfsと入れ替える。

　こうしてできあがったliveCFを立ち上げるとパスワード等を設定していないので、いきなりユーザcasperでlogin状態になります。

ファイル構成は次のようになります

      live:~# df
      Filesystem      1K-blocks    Used    Available  Use%   Mounted on
      tmpfs             55556         0       55556     0%   /lib/init/rw
      udev              10240        40       10200     1%   /dev
      tmpfs             55556         4       55552     1%   /dev/shm
      rootfs           145476     93060       52416    64%   /
      /dev/hdc1        120807    108722        5848    95%   /live_media
      tmpfs             55556      3140       52416     6%   /cow
      tmpfs             55556         0       55556     0%   /tmp
      live:~#

ここでrootfsは圧縮されたルートファイルシステムです。/live_mediaはCFの内容そのままです。ここでは128MbのCFを使用しています。rootfsはReadOnlyですから書き換えの必要があるものは/cowにまとめられています。

      live:~# ls -l /cow
      total 0
      drwxr-xr-x 2  root  root    60  2007-07-21 07:43 cow
      drwxr-xr-x 8  root  root  1480  2007-07-21 09:59 etc
      drwxr-xr-x 4  root  root    80  2007-07-21 09:59 home
      drwxr-xr-x 3  root  root    60  2007-07-21 07:44 lib
      drwxr-xr-x 2  root  root    60  2007-07-21 07:43 live_media
      drwxrwxrwt 2  root  root   200  2007-07-21 07:43 tmp
      drwxr-xr-x 3  root  root    60  2007-07-21 07:43 usr
      drwxr-xr-x 7  root  root   140  2007-07-21 07:44 var
      live:~#

これらのファイルはシステム終了時にCFにセーブしましょう。とはいえ、128Mbではその余裕はありませんが。

このLiveCFはここにあります。

補足
suへの移行法

      $ sudo passwd
      Enter new UNIX passsword: xxxxxxxx
      Retype new UNIX password: xxxxxxxx
      $ su 
      Password: xxxxxxxx
      #

　なお、ここで使用されているunionfsは実用性の点からaufsへ変更しましょう。

７　Live-USB

　多くのマシンで動作可能にするもう一つの方法としてLiveUSBがあります。上記LiveCFのローダをsyslinuxに置き代えたUSB版のLiveUSB-Rtaiはここにあります。なお、このLiveUSBはLive－Helperで作成したものです。また、このunionfsはaufsに変更してあります。

　Live-NET

　grub->isolinux->syslinuxと進んできて、いよいよNetworkBootにたどり着きました。NetworkBootも（Intel提唱PXEに限れば）ローダーがpxelinuxになるだけで後は同じです。Netで結ばれた多数の端末マシンの一括制御、一括修正、WakｂeOnLanを使えばリモートで全て操作可能であり、多端末のデータギャザリング等では威力を発揮しそうです。

●RT-Linuxデバッグの一方法●
●マイクロPCとRTAI-Lab●
●PIC２４FとFreeRTOS●

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