ARM、複数OSの仮�[化�\術を搭載するv8-Rアーキテクチャを発表
リアルタイム動作を可�Δ箸垢�CPUコアの最新版Cortex-Rシリーズに向けたARMv8-RアーキテクチャをARM社が発表した。これは、32ビットをベースとし、リアルタイムOSで動くARMv8-Rプロセッサに使われる�\術である。プロセッサIPについては発表していないが、このアーキテクチャは仮�[化�\術を使う。
図1 ARMv8-Rプロセッサ�靆腓離轡縫�����マーケティングマネジャーのChristopher Terner��(��)と、リードアーキテクトのSimon Craske��(左)
Cortex-Rシリーズは発表されて久しいが、これまではあまり�瑤蕕譴討い覆�った。そもそもリアルタイムOSで動作させるという応��そのものが工業��と�O動�Z向けくらいしかあまりなかったためだ。Cortex-Rシリーズは2012�Q実績でARM����のチップ出荷量の3%にとどまっている。
ところが、最�Zになってリアルタイム動作を��要とする組み込みシステムへの要望が高まってきたと、ARMプロセッサ�靆腓離轡縫�����マーケティングマネジャーのChristopher Turner��(図1の��)は言う。サイクル時間はµs以内が求められる����として、�O動�Zのブレーキやステアリング動作、エンジン内の�a度を含めた最適�U御などが��要になる。�Z内のECU同士の通信や、�W��システムADAS（Advanced Driver Assistance System）、さらにはADASとエンジンとのやり�Dりなど、リアルタイム動作が��要とされている。
今�vARMが発表したv8Rアーキテクチャは仮�[化�\術（virtualization）を基本としており、リアルタイムでの動作、割り込み処理にもスムーズに�官�できる、�W��に主眼を��いたアーキテクチャとなっている。
仮�[化とは、1��のコンピュータで、あたかも二つ以�屬�CPUとOSが動いているように見せかける�\術のこと。�kつのプロセッサでWindowsとAndroid�屬如�二つのプロセッサが動作しているかのように見せる�\術だ。サーバやハイエンドコンピュータではこれまでも仮�[化�\術は使われてきた。OSとして�kつがRTOS（リアルタイムOS）、もう�kつが通常のOSでもかまわない。
仮�[化�\術を採��した背景として、��にクルマ����では、低コストでいろいろなソフトウエアを1��のECUに組み合わせて載せる��向がある。コストを�I約するためだ。また、�O動�Zメーカーやティア1メーカーは、それぞれソフトウエアを組む場合もあるため、さまざまなソフトウエアが1個のECUに集まる��向が�咾泙辰討�る。
そこで、ARMv8-Rでは、同じプロセッサの�屬琶�数のソフトウエアを走らせることができ、それも同じプロセッサ�屬念曚覆�OSも載せられるようにした(図2)。このためにソフトウエアタスクのコンテキストを高�]に切り��えられると共にリアルタイム応答性を改��した。もう�kつ�_要な点は、それぞれのソフトウエアを間違いなく動作できるようにするため、ソフトウエア間にサンドバッグと�}ぶバッファ�覦茲鮴澆院▲愁侫肇Ε┘�間の�J渉を防いでいる。
図2 仮�[化�\術を採��したARMv8-Rアーキテクチャ 出�Z：ARM
実はこの構�]をARMv8Aシリーズの64ビットプロセッサ（Cortex-A53やCortex-A57）に最初、適��してきた。これら演�Q�ξ�の高いハイエンドのプロセッサではなく、今�vは�O動�Z向けや工業����、HDD�U御などの����に向けて、この仮�[化構�]を採った。ただしバス幅は64ビットも��要はない�屬縫瓮皀蟠�間は4GBも��要としないため32ビットバスを�W(w┌ng)��した。ARMv8-Rはv8Aシリーズと命令セットの互換性を�eち（64ビット命令を圧縮）デザインコンパイラやデバッガーなどのツールとも互換性を�eち、ARMv7-Rシリーズとも下位互換性を�eつ。
ARMv8-Rアーキテクチャの��長は、仮�[化を実現するためにハイパーバイザを設け、ここでOSとその�屬離織好�を�U御する。OS間を切り合える時、�QOSのコンテキスト(�i後関係、脈絡という�T味)はメモリに保�Tされる。
もう�kつの��長(図3)は、�QタスクとOSが完��に分�`されていること。プロセッサのハードウエア内に設けたメモリ保護ユニット（MPU）がメモリや周辺�v路へのソフトウエアのアクセスを調�Dする。割り込みコントローラのようなシステムリソースへのアクセスもしっかり管理されている。ハイパーバイザはどの仮�[マシンを使うのかを記�{しておき、�QOS間の分�`サンドボックスを���Tしている。このMPUはプロセッサ内に設けたロジックゲートである。また、コンテキストの切り��えは2~3µsと、��来のv7アーキテクチャよりも10倍以�峭��]だという。
図3 ロジックゲートで組んだメモリ保護ユニットでメモリアクセスを調�D 出�Z：ARM
今後、限られたコストでさまざまなソフトウエアを動かさなければならない�O動�Zエレクトロニクスでは、仮�[化�\術が��須になり、リアルタイムOSと共にハイパーバイザの役割が極めて�_要なカギを�曚襪茲Δ砲覆襦�すでにGreen Hillsやイーソル、Mentor Graphics（参考�@料1）などはハイパーバイザ機�Δ鯆鷆，靴討い襪�、この先2020�Qごろにはさらに�Hくのソフトウエアベンダーが�}�Xけるようになると、Turner��は予�[する。
参考�@料
1. 組み込みシステムになびくAMD/IPextreme/Mentor〜EuroAsia 2013から(2) （2013/11/06）
(2013/11/13)
