athrill(アスリルから箱庭(hakoniwa)へ...事例 1 autosarスタック...

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ATHRILL(アスリル)から箱庭(HAKONIWA)へ

2019/09/06

永和システムマネジメント

組込み技術センター

森崇


目次

1.Athrill

•athrillとは

•athrillのこだわり機能紹介

2.箱庭

•箱庭とは

•箱庭のデモ

•箱庭WG活動紹介

2


athrill(アスリルとは)

◼そもそも何？

CPU命令セット

シミュレータ

(V850/RH850)

3


athrill(アスリルとは)

◼あゆみ

今年で４年目

ESM内の様々なプロジェクトで

利用⇒洗練

させていく

4

◼ 2016年• TOPPERS OS移植(ATK2-SC1)• AUTOSAR(シングルコア)結合検査• CEST発表(初めての外部発信)

◼ 2017年• 命名：athrill(アスリル)• 安全監視系のテスト自動化• TOPPERSコンテスト受賞(ありがとうございます)

◼ 2018年• AUTOSAR(マルチコア)結合検査(1月)• C言語基礎教育(4月)• CEST発表(6月)

• TOPPERS OSC参加@京都 (8月)

• TOPPERS開発者会議・発表(10月)

• TOPPERSコンテスト受賞(ありがとうございます)

• athrillセミナ(12月)＠名古屋◼ 2019年

• WWEST発表＠福井(2019/2月)＠感謝！

• TOPPERSカンファレンス発表(6月)• TOPPERS of the year 3位受賞！(ありがとうございます)

• TOPPERS OSC参加@京都 (8月)

• SWEST発表＠感謝！• 今後の予定

• 特にありません

この2年で活動の幅が一気に広がりました！(感謝)


athrillとは

5

◼仮想マイコン

RTOSが動きます

CPU V850es ・シングルコア

V850e2m ・マルチコア・メモリ保護

将来展望・RH850・ARM

割り込みコントローラ

多重割り込み

CPU間割り込み

周辺デバイスタイマ２チャンネル

シリアル２チャンネル

将来展望 CAN/ETHER


athrillとは

6

◼使い方イメージ

CUIベースで

さくさく感

◆起動$ athrill-run

◆プログラム実行[DBG>cont

OK: found device_config.txtOK: found memory.txtOK: found aspcore id num=1ROM : START=0x0 SIZE=512RAM : START=0x5ff7000 SIZE=512Elf loading was succeeded:0x0 - 0x77c5 : 29.965 KBElf loading was succeeded:0x77c8 - 0x100c0 : 0.0 KBELF SYMBOL SECTION LOADED:index=16ELF SYMBOL SECTION LOADED:sym_num=550ELF STRING TABLE SECTION LOADED:index=17[DBG>[NEXT> pc=0x0 kernel_cfg_asm.S 23

TOPPERS/ASP3 Kernel Release 3.2.0 for V850-ESFK3 (Dec 5 2018, 10:28:59)Copyright (C) 2000-2003 by Embedded and Real-Time Systems Laboratory

Toyohashi Univ. of Technology, JAPANCopyright (C) 2004-2017 by Embedded and Real-Time Systems Laboratory

Graduate School of Information Science, Nagoya Univ., JAPAN

System logging task is started.Sample program starts (exinf = 0).E_OBJ (-1) reported by `serial_opn_por'.task1 is running (001). |task1 is running (002). |task1 is running (003). |


7

UNIX系ターミナル(Bash)

Windows Mac Linux

DockerMinGW WSL

クロスプラットフォームを実現※おススメはWSL/Linux

athrill実行環境


命令セットシミュレータの構造と処理の流れ• athrill の機能毎に，プログラム群をフォルダで分類管理しています．

trunk/src

├── main

├── cpu

├── bus

├── device

│ ├── intc

│ ├── peripheral

│ └── mpu

└── debugger

8


処理の流れ

9

ROMメモリ

01011010110110111110111011010101111011110110111101010010

CPU

汎用/systemレジスタ

プログラムカウンタ

⑤割り込み

コントローラ実行

①

デコード

②

命令実行

③

⑥

①～⑥で１サイクル

RAMメモリ

デバイスレジスタ

④周辺デバイス

実行


Athrill適用事例

10

◼車載向け

TOPPERS/

AUTOSARスタック

結合⇒動作確認

ECU

Athrill(V850)

A-RTEGEN

SWC#1

AUTOSAR OS(ATK2/SC1)

CANドライバ

タイマ INTC CANデバイス

SWC#2

AUTOSAR COM(A-COMSTACK)


Athrill適用事例

11

◼事例１

AUTOSARスタック

の結合テスト環境

・シングルコア

・マルチコア

テスト項目テスト項目テスト項目

全結合状態で，大量のテスト実施を完全自動化!

数万件

テスト対象


Athrill適用事例

12

◼事例２

AUTOSAR/SWC

の結合テスト環境

実機動作確認前のリグレッション検査環境として利用！

モック(AUTOSARスタック)

テスト対象


13

◼AUTOSAR

スケーラビリティ

クラス適応状況

スケーラビリティクラス

メモリ保護

マルチコア

SC1 × ×

SC1-MC × 〇

SC3 〇 ×

スケーラビリティクラス

MR(最小要求)

SR(標準要求)

SC2 100%(2/2) 50%(1/2)

SC3 100%(10/10) 50%(1/2)

SC1-MC 100%(5/5) 67%(6/9)

SC2-MC 80%(4/5) 9%(1/11)

SC3-MC 100%(6/6) 64%(7/11)

TOPPERS/ATK2 ハードウェア要求仕様準拠率

※次世代車載システム向け RTOS ハードウェア要求仕様書 Ver.3.0.1

AUTOSAR対応


車載向けマイコンRH850の適応状況

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◼CPU命令実装率

RH850に近づいている

CPUアーキ命令数実装数実装率

V850(v850e2v3)

132 127 96.2%

RH850(v850e3v5)

146 127 87.0%

Format V850 RH850

1 SYNCE,SYNCM,SYNCP

SYNCI,DBTRAP

2 CALLT －

7 － LOOP, Bcond,ROTL,LDL.W, STC.W

9 － BINS

10 CTRET SNOOZE

11 － PUSHSP, POPSP,JARL

14 － LD.DW, ST.DW


TOPPERSコンテスト応募資料詳しくはこちら⇒

15


年内公開を目指す！

16

◼RH850対応

RH850対応版athrillリリース予定

乞うご期待くだい！


athrillとは

17

◼導入方法

★インストール

“qiita athrill”

でググって

ください！


athrillとは

18

◼導入方法

★オープンソース

“github athrill”

でググって

ください！


athrillのこだわり機能紹介• Athrill開発コンセプト

• Athrillがカバーしたい世界と可能性

• 今回ご紹介したい機能説明

19


Athrillの開発コンセプト

机上(実機レス)で

どこまでやれるか

20


ECU外の世界

Athrillがカバーしたい世界

21

ECU内の世界

ATHRILL

:::ROS

📷

💻POSIX/LinuxARM

mROS

クラウド

TOPPERS/箱庭⛅

🚙

🚙

🚥

🚦

🚥

🅿

🏪

モデルベース

MATLAB/Simulink

SILS

CPU/OS/開発環境

RISC-V

STM/ARM

GHS/RH850


ECUの外の世界へ！

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クラウド・サービスの世界

汎用OSの世界

Athrillの可能性23

高性能CPU大容量メモリ

大容量ディスク

高機能言語

IaaS

高い自由度で迅速にインフラを構築

PaaS

動作環境/実行環境

FaaSWeb APIベースでの機能呼び出し

DaaS

データ管理システムLAN/WAN

机上テストの可能性が広がるはず！

ECU内の世界高機能API

https://github.com/tlk-emb/mROS


汎用OS/クラウド機能を搭載した仮想マイコンを目指す！

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組込み向けアプリケーション

RTOS

Athrill

Serial INTC

各種デバイスドライバ

各種ミドルウェア

汎用OS(Linux/Windows)

従来の仮想環境の流れ(より現実のハードに近づける)

汎用OS

Simulation時間同期

クラウド

アイディア募集

共有メモリ

TCP/IP通信ミドル

malloc/free

汎用OSシステムコール

mROS EV3RT

TimerCAN

Athrillデバイス

MMAP POSIX API

デバイス向けTCP機能

今回はココ！


MMAP機能• 仮想マイコン内のメモリ・データをリアルタイムに直接さわれる！

• 内部メモリデータの可視化ツール連携やデバッグとして利用できる

25

athrill

メモリ

プロセス

メモリマップ

汎用OS(Linux)

共有

■利用シーン<可視化ツール連携>・Lチカ(デジタルI/O)

<デバッグ向け>・内部データの参照・内部データの変更


内部構造・仕組み• athrill用メモリ定義ファイルからMMAP領域/ファイルを検出

⇒メモリマップする

26

athrillメモリ

ROM

RAM

MMAP

elfファイル

ロード

レギュラーファイル

MMAP

システムコール

メモリ定義ファイル

(athrill用)

MMAP領域/ファイル検出


使い方• athrill用メモリ定義ファイルにMMAP領域/ファイルを定義するだけ！

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memory.txt

ROM, 0x00000000, 1024

RAM, 0xFEDE8000, 512

MMAP, 0xFFC10020, ../../dio_tools/dio.bin

メモリマップ領域種別

メモリマップ先頭アドレス

メモリマップ対象ファイルパス(メモリサイズ=ファイルサイズ)


デモ(Lチカ・ツール連携)

28

Lチカ―ツール側 athrill側


POSIX API29

• マイコン・プログラムから汎用 OS の POSIX API を呼び出せる！

• 周辺デバイス(ETHER等)の仮想化なしで，通信機能を利用できる• 例：lwip のTCP通信機能を汎用 OS の POSIX API で実現

athrill

POSIX API

lwip実装(athrill用)

アプリケーション

lwip API

汎用OS(Linux)

従来の仮想マイコン

ETHERドライバ

lwip実装(ETHER用)

ETHERデバイス

アプリケーション

lwip API

ドライバ/デバイスを作らないといけない！

athrillが汎用OS

機能を用意している！


内部構造・仕組み• athrill デバイス・レジスタへのストア命令で実現

30

athrillデバイス・レジスタ

(athrill_device_func_call )

システムコール引数データ・アドレス

(api_argp)

#define ATHRILL_SYSCALL(api_argp) ¥

do { ¥

athrill_device_func_call = (sys_addr)(api_argp); ¥

} while (0) ¥

ストア(アドレス)

■athrill デバイス処理・引数データ取得・汎用OS API 識別・汎用OS 呼び出し・API呼び出し結果を引数データに格納


現時点のPOSIX API のサポート範囲• APIリスト

1. socket

2. sense

3. bind

4. listen

5. accept

6. connect

7. select

8. send

9. recv

10.shutdown

11.system

12.malloc

13.calloc

14. realloc

15. free

31

ソケット・プログラム例


デモ(システムコール)

32


デバイス向けTCP機能• 仮想デバイスのI/O通信をTCP/IP経由で外部連携できる！

• 例) 通常マイコンと同様にシリアル端末からシリアル入出力できる！

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athrill

シリアルデバイス

シリアルドライバ

シリアル端末

TCP/IP通信


内部構造・仕組み• シリアルI/Oインタフェースによる実装の分離(ポリモフィズム)

• TCP通信機能で必要な部品をライブラリ化(athrill-core)

• 別デバイス(CAN等)のI/O方式を容易にTCPに切替可能な構成

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athrill-target

athrill-core

シリアル・I/Oインタフェース

シリアル・I/O(別実装)

シリアル・I/O(TCP実装)

シリアル・デバイス

デバイス向けスレッドライブラリ

スレッド間通信バッファライブラリ

TCP通信ライブラリ

CAN・I/Oインタフェース

CAN・I/O(TCP実装)


デモ(TeraTermからシリアル通信)

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目次

1.Athrill

•athrillとは

•athrillのこだわり機能紹介

2.箱庭

•箱庭とは

•箱庭のデモ

•箱庭WG活動紹介

36


箱庭とは• 箱庭の背景・経緯

• 箱庭WGの目指すところ

37


凡例

背景

38

クラウド

CAN

ECU

車載PC

管制サーバ

スマホ

Web系

自動運転制御系

ECU制御系

バックエンドサーバ系

メカ系

エレキ系

ネットワーク系

IT系エンジニア

交通サービス系

ET系エンジニア

制御系エンジニア

その他エンジニア

自動運転システムの開発は，様々な分野の技術領域を横断している！

センサ


想定する困り事

39

クラウド

管制サーバ• 問題発生経路の複雑化

• 全体結合しないと見えない問題が多数潜んでいる• 様々な機器間の整合性がとれていない可能性大

• 原因調査の複雑化• どこで何がおこっているのか調査困難• そもそもデバッグすること自体が難しい

• 実証実験のコスト増• 実証実験は手軽に実施できない• 各分野のエンジニアの総動員• 手間，時間，費用がかかる


ソリューション概要

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箱庭SDK仮想環境上(箱庭)で自動運転システムの開発する⇒各分野の技術者が箱庭上に開発対象ソフトウェアを持ち寄って，机上実証実験！

ECU制御系エンジニア

バックエンドサーバ系エンジニア

ネットワーク系エンジニア

自動運転制御系エンジニア

Webエンジニア


箱庭SDKの導入効果

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バックエンドサーバー系エンジニア

ネットワークエンジニア

Web系エンジニア

自動運転制御

エンジニア

EC

U制御

エンジニア

机上実証実験場(箱庭SDK)

車両の動作確認しながらアプリ操作感を確認できる

机上環境でネットワーク負荷等を評価できるクラウド

机上環境で車両全体を制御できているか確認できる

机上で自動運転アルゴリズム検証できる

机上で他システムと連携確認できる

• 全体結合しないと見えない問題を早期検出できる• 各エンジニアは自社から手軽に遠隔結合確認できる


42

なんとか箱庭SDKを

TOPPERS成果にできないか？


43


44


45


TOPPERS/箱庭SDK活用の可能性(1/7)

46


TOPPERS/箱庭SDK活用の可能性(1/7)

47

無理！


48

• 自力でできないこと• オープン自動運転制御ソースを利用する

• 自動運転制御シミュレータを利用する

• AWSサーバーを自費で構築する

• サーバー制御プログラムを作る

• ECU制御プログラムを作る

• などなど

AUTOSAR/ATK2

でも，パーツはそろっているのでは？


仮想・ネットワーク

サーバー仮想化技術

TOPPERSの英知を結集した

ジャパニーズ・箱庭シミュレータ!!

49

車両ECU制御

シミュエータ

自動運転制御

シミュレータ

ユーザ

エクスペリエンス

AUTOSAR/ATK2


TOPPERS箱庭WG結成！• TOPPERSの有志が集って，箱庭WGが結成されました！

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氏名所属主な役割

森崇永和システムマネジメント主査全体統括，Athrill

高瀬英希京都大学／JSTさきがけ運営委員 mROS，ROS通信，

細合晋太郎チェンジビジョン(個人会員) IDE，モデリング，可視化，

田邉友永和システムマネジメント Athrill，仮想環境，

山田昌幸永和システムマネジメント Athrill，MBD，

高田光隆名古屋大学NCES カーネル，応用検討，

庭野正義名古屋大学NCES 車載コンポーネント，

To Be Added,,,

特にクラウド技術に知見をお持ちの方をお誘いしたい


箱庭とは• 箱庭の背景・経緯

• 箱庭WGの目指すところ

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箱庭WGの目指すところ52

• 箱庭のターゲット• IoTのような複雑なシステム(自動運転/物流・宇宙等様々な分野を想定)

• 様々な機器(リアルタイム/非リアルタイム)がネットワークで接続されたシステム

• 箱庭とは• 全体結合シミュレーション環境

• 箱庭の利用者• システム開発者

• システム提供者

• 箱庭アセット(システム構成要素)提供者箱庭(全体結合シミュレーション環境)

システム提供者システム開発者

箱庭アセット提供者


IoTのような複雑なシステムの困りごと• システム開発者だけの問題解決の手段としてのシミュレーション環境という視点だけでは，視野が狭くなる

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テスト環境構築に手間取る

思い付いたアイディアを手軽に試したい

開発者とユーザの間でイメージ共有が難しい

様々な機器を組み合わして色々試したい

箱庭アセット提供者


全体結合シミュレーション環境

箱庭コア技術

可視化技術(サードパーティ)

クラウド技術(サードパーティ)



スケ

ール

向上

問題

早期

検出

検査

自動

化

手軽

に試

せる

色々

試せ

る

箱庭アセット提供者TOPPERS成果物

(RTOS等)

サードパーティ成果物(AUTOWARE等)

サービス要件の早期キャッチアップ

改善要望の早期リリース

アセ

ット

提供

アセ

ット

利用

料

• 複雑なシステムを開発/提供する関係者のための

シミュレーション環境を目指す



全体結合シミュレーション環境


スケ

ール

向上

問題

早期

検出

検査

自動

化

手軽

に試

せる

色々

試せ

る

箱庭コア技術

可視化技術(サードパーティ)

クラウド技術(サードパーティ)

箱庭アセット提供者TOPPERS成果物

(RTOS等)

サードパーティ成果物(AUTOWARE等)

サービス要件の早期キャッチアップ

改善要望の早期リリース

アセ

ット

提供

アセ

ット

利用

料

• 壮大な企画なので，焦点を絞って少しずつ進めます！• まずはシステム開発者向けの全体結合シミュレーション環境構築を目指します


箱庭のアーキテクチャ

•箱庭の利用シーン

•箱庭のアーキテクチャ

56


箱庭の利用シーン

57


58


59

Simulink

箱庭アセット・サービス

RTOS

箱庭ドメイン・サービス

車載系家電系航空・宇宙

物流系ロボット

箱庭コア

サードパーティ(クラウド)

サードパーティ(可視化)

箱庭のアーキテクチャ

■箱庭ドメイン・サービス様々な分野への適応を目

指す

■箱庭アセット・サービスシミュレーション内の登場物

を箱庭アセット化し，アセット数拡充を目指す

■箱庭コア箱庭固有のシミュレーション

技術をコア技術化

■サードパーティ既存のサードパーティ製で出

来ていることは積極利用



箱庭の技術要素

• Athrill：車載ECU・カーネルの仮想環境

• mROS：組込みマイコン向けROS軽量実行環境

• TOPPERSカーネル：ASP3, ATK等を想定

• 技術協力の打診を模索中• Autoware：自動運転プラットフォーム

• AWS：IoTクラウドサービス

• Unity：可視化ツール

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箱庭のデモ

61

athrill

RTOS



62

ロボット・プラットフォーム

物理シミュレータマイコンシミュレータ（TOPPERS/athrill)

車両制御

TOPPERS/mROS

センサ/アクチュエータ

車両センサ情報(ROSトピック)

車両制御指示(ROSトピック)

車両センサ情報(ROSトピック)

車両制御指示(ROSトピック)

athrill/mROS を使って Unity の仮想車両を制御します

TOPPERS/RTOS(asp)


デモ(箱庭アセット)

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デモ(アセット配置)

64

mROSを使用した車両制御アプリ


デモ(シミュレーション)

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箱庭WG活動紹介

•活用ツール

•定例会合・イベント

•お誘い

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活用ツール

• Slack：• コミュニケーションツール

• 日々の議論に中心的に活用

• TOPPERS会員は誰でも加入可能

• 招待URLはML・議事録で公開

• ML： [email protected]• 問合せ先窓口

• 定例会合の案内および議事録を配信

• 会員は加入／アーカイブ閲覧可能

• 他WGのポリシーと同様

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mailto:[email protected]


活用ツール

• GitHub：• 開発成果(状況)のオープンソース公開

• TOPPERSプロジェクトでorganization加入

• 会員限定のPrivate Repo作成やリリースパッケージの先行公開も検討

• Google Drive：• 技術資料や議事録，各種ファイルの共有

• TOPPERSプロジェクトでG Suite加入

• Team Drive運用 WGメンバは作成・編集・共有可

• 会員はファイル閲覧・コメント付与可

• DriveのURLはMLで公開

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定例会合・イベント

•定例会合

• オンライン(WebEx) ＠毎月１回程度

• オフライン(合宿) ＠年２回程度の予定

• MLにて案内します

•今後のイベント

• TOPPERS技術検討会議＠年度内には実施予定

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おわりに

•箱庭WGの狙い・趣旨にご賛同いただける方の参画をお待ちしております！！

• 活動内容へのご要望や開発活動への参加，まずはSlackでの議論の参加，などなど

•問合せ先： [email protected]

70

mailto:[email protected]

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