瑞萨电子宣布开发适用于V850 CPU实时处理CPU内核的虚拟技术

2010年10月12日

高级半导体解决方案的主要供应商瑞萨电子株式会社(TSE:6723,以下简称瑞萨电子)于2010年10月12日正式 宣布开发面向V850 CPU架构的虚拟技术,它可以为每个程序分配适当量的CPU时间,从而在控制系统对不同任务进行综合高速处理时,大幅降低各个控制程序间的干扰。新的虚拟 技术在采用一个单独CPU内核运行时,可以提高软件的配置自由,特别适用于需要进行复合处理的大规模控制系统,能够实现功能的顺利分配和集成,使软件开发 更高效。

 

  近年来,在汽车控制单元等应用中,向电子控制 系统进行快速转换的趋势愈加明显。而在电子控制系统中,高速和复杂的实时处理必不可少。此外,每个车辆中控制系统的数量也在迅速增加。系统的不断增加扩 展,使一些操作情况需要改变控制系统来进行功能的分配和集成;而在另一些操作情况下,由于现有的功能变得更加尖端和先进,因此单独的控制系统在规模上变得 更大,这就需要分割多个交互系统的功能,以简化设计过程。另外,在一些操作情况中,应用软件被分割成多个模块,以限制对于存储器(ROM,RAM,外设器 件)的访问,或实现执行管理,从而增强控制系统整体的安全性和可靠性,以满足 SIL*等功能安全标准与安全领域的要求。

 

  过去,在上述情况下,一般以软件来实现分配或集成功能,或采用多个硬件单元(CPU内核),其中每个都被分配到单独的控制系统以实现上述需求。然而,基于软 件的集成由于其需要额外的CPU处理时间来执行时间管理和程序转换等任务,因而并不适用于实时控制应用。此外,在软件开发过程中,控制系统的数量有时会增 加,使其很难提前获得最佳的硬件,因此多个硬件单元的应用也存在问题。

 

  基于上述原因,就需要开发出一个可使多个控制系统最小化的开发环境,在保证处理执行的独立、简化质保程序的同时,仍可灵活对应软件的重新配置,从而在软件开发过程中进行适当变化,以同步开发多个衍生产品。

 

  此外,目前的软件开发存在这样一个趋势:由于对多核硬件需求的增长,因此在软件开发初始阶段就需要开始重视并行操作,以降低功耗并提高工作性能。并且,为了 保证可升级性,软件必须是与硬件相独立的。而在硬件方面,要求允许依据并行处理的水平进行灵活变化,以使应用软件并行的要求也不断提升。另外,在最初选择 硬件时,所需的并行处理度与假定也有所不同。

 

  作为上述问题的解决方案,瑞萨电子已开发出了虚拟技术,以进行并行执行,同时降低单独CPU上多个系统控制任务间的干扰。

 

最新开发技术的主要功能如下:

 

(1) 硬件调度器支持多个实时控制任务的平行执行

  瑞萨电子已开发的多线程技术,能够使多线程任务同时执行。它使得每个线程或软件执行单位都具有执行程序所需的多个资源,如通用寄存器和系统控制寄存器,并使其能够在多个时钟周期在运行的线程间进行切换。

 

  线 程切换由一个硬件调度器自动处理,保证了开发者能够提前为每个线程分配CPU时间,这就不需要在时间管理中提供CPU处理时间和程序转换。而这些都是在此 前技术中不可或缺的。此外,新技术沿袭了原有技术的规则优势,使多个实时控制系统能够与频率性能同步运行,满足开发者的特定需求。

 

(2) 能够将一个单独的CPU配置成为多个虚拟CPU

  瑞萨电子已开发了可能扩展硬件寻址空间的技术,并能够管理“中断”,使其能够将一个单独的CPU配置成为多个虚拟CPU。

 

  地址转换功能提供了存储器资源的适当分隔,如应用软件代码区域和数据区域,避免了虚拟CPU间逻辑地址的重叠或存储器资源的不合理分配。它还可以为每个虚拟CPU独立的管理“中断”提供优先级排序。

 

  每个虚拟CPU分配成单线程或多线程。利用一个像实时操作系统(OS)这样的简单操作系统,可以将一个单独的线程分配到每个虚拟CPU中。当在一个支持多线程的大规模操作系统上运行时,可以将多个系统分配到一个单独的虚拟CPU中。

 

(3) 总线系统降低了多个系统之间的干扰

  总线系统使接入存储器(ROM,RAM)的线程之间的干扰达到最低,这些存储器接到总线或主外设器件,并使多个线程保持着输入/输出(I/O)访问的规则性。这就为控制系统中的I/O虚拟提供了支持。

 

  通过结合这些特性,新技术使其能够将一个单独的CPU用作多个虚拟CPU,每个单独的虚拟CPU都可以运行不同的操作系统或支持并行运行的独立控制系统。

 

  当 分割系统将多个控制系统进行集成时,或在开发大规模控制系统时,集成前或集成后改变或验证各个控制系统时,在精细化时间控制中,新技术还可以解决与时间管 理相关的软件成本问题。这就能够以最优的成本对于控制系统进行分割或将多个控制系统加以集成。另外,在虚拟多核配置中,虚拟CPU的数量和频率性能等级的 自由度更高,这就意味着设计过程可以考虑板的特性,如安装位置和安装区域等。

 

  瑞萨电子计划在其下一代V850 CPU中采用最新开发的虚拟技术,提供新一级别CPU架构的可升级性,并为客户提供更具灵活性的开发系统。

 

(注释 1) 安全集成性

电子产品的功能安全标准中规定的安全级别(IEC 61508)和用于公路车辆的功能安全标准(ISO 26262)。

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