MDCOM(MultiDomain Communication Module)とは

MDCOMはドメイン間の通信を実現するソフトウェアモジュールです。

近年，HEMS(Home Energy Management System)やADAS(Advanced Driving Assistant System)といった，高い機能と信頼性・リアルタイム性の両方を求められる組込みシステムが増えてきています。

このようなシステムを実現するには、Linuxのような高機能な汎用OSと、高い信頼性とリアルタイム性持つRTOSを組み合わせる方法が現実的な実現方法です。二種類のOSを実行する方法としては、ヘテロジニアスマルチプロセッサやSafeGのような仮想化機能を用いる方法があります。

このような環境において、各OSをドメインと呼びます。

ドメイン

複数のドメインにより1つのシステムを実現するため，ドメイン間は同期や通信を行う必要があります。 MDCOMはこのようなドメイン間の同期・通信を実現するソフトウェアモジュールです。

MDCOMは、次の二種類のチャネルを提供し、このチャネルにより、Linuxの複数のユーザプロセスと、ASPカーネルまたはFMPカーネルのタスク間で同期・通信が可能です。

チャネルは複数作成可能で、ID番号により識別します。

SMEM Channel

共有メモリを提供するチャネル。排他制御のためのロックも提供します。

FIFO Channel

FIFO通信のためにチャネル。イベント通知機能も提供します。

MDCOMの特徴

MDCOMの特徴としては、次が挙げられます。

RTOSと親和性の高いAPI

タイムアウト指定が可能でリアルタイム性の確保が容易です。

ゼロコピー

無駄なコピーを防ぐことが可能で効率の良い通信が可能となります。

静的コンフィギュレーションによるチャネルの生成

TOPPERSカーネルと同様に，必要なメモリ使用量を最小に押さえることが可能です。

Linux用の専用ドライバによる効率のよい通信

MDCOM用にLinuxのドライバを用意しているため、他のモジュールを経由すること無く通信が可能であるため、効率のよい通信が可能です。

ユーザプロセスレベルの共有メモリ

Linuxのユーザプロセスで共有メモリやバッファをマッピング可能なので、効率的に通信が可能です。

MDCOMの概要

SMEM Channel

SMEM Channelは，共有メモリ機構を提供するチャネルで、多対多の通信を実現します。 SMEM Channelは次の要素で構成されています。

Shared Buffer : データのやりとりのための共有メモリ機構
Lock : 排他制御のためのオブジェクト

SMEM Channelの構成

SMEM Channel : API

SMEM Channel では次のAPIをサポートしています。

Shared Buffer へのポインタの取得

mdcom_smemch_get(id, p_smem)

Lock の取得

mdcom_smemch_trylock(id)

Lock の解放

mdcom_smemch_unlock(id)

SMEM Channel : 通信の例

SMEM Channelによる通信の例を以下に示します。ポインタを取得して、取得したポインタを用いてShared Bufferに直接アクセス可能です。ポインタの値に関してはRTOS側とGPOS側で異なるので直接やりとりはできません。

SMEM Channelの利用例

FIFO Channel

FIFO Channelは，1対1の通信を実現します。FIFO Channelは次の要素で構成されています。

Blocks : 固定長の共有メモリ
FIFOs : BlockのIDをやりとりするためのFIFO
Events : FIFOへのデータの送信等を通知するための機構
Filters : Eventによる通知を遮断する機構

FIFO Channelの構成

FIFO Channel : API

FIFO Channel では次のAPIをサポートしています。

ブロック割り当て

mdcom_fifoch_alloc(fifoch_id, *p_block_id)

ブロック解放

mdcom_fifoch_free(fifoch_id, const block_id)

ブロックのポインタの取得

mdcom_fifoch_get(fifoch_id, **p_block)

FIFOキューへのブロックIDの送付

mdcom_fifoch_enqueue(fifoch_id, const block_id)

FIFOキューからのブロックIDの取得

mdcom_fifoch_dequeue(fifoch_id, *p_block_id)

イベント送付

mdcom_fifoch_notify(fifoch_id)

イベント受信

mdcom_fifoch_wait(fifoch_id, timeout)

フィルターのセット

mdcom_filter_set(fifoch_id, filter_id);

FIFOチャネルの再初期化

mdcom_fifoch_init(fifoch_id)

FIFO Channel : 通信の例

FIFO Channelの通信の例を以下に示します。

基本的な通信の流れとしては，送信側は、BlockのID取得、Blockのポインタの取得、Blockへのデータの書き込み、BlockのIDをFIFOに入れます。最後に受信側にEventを送ります。受信側は、まずEvent待ちとしEventが送られると、FIFOからBlockのIDを取得後、Blockのポインタの取得、Blockのデータの読み込み、最後にBlockのリリースを行います。

ブロックするAPIはイベント待ちAPIのみです。タイムアウトを指定可能ですので、一定時間Eventが送られて来なかった場合は、エラーでリターンします。

フィルターはEventを無効化可能な関数で，主にGPOSからRTOSに送られるEvent の頻度を下げる目的で使う事を想定しています。

FIFO Channelの利用例

FIFO Channel : その他の機能

その他の特徴的な機能として，GPOS切断通知機能があります。

具体的には、FIFO Channelで通信しているGPOS側のプロセスが終了した場合， RTOS側の事前登録したタスクにタスク例外で通知を行う機能です。

その際、終了したプロセスが使用していた FIFO ChannelでEvent待ちとなっているタスクは待ちが解除されてエラーが返されます。

その他のAPI

RTOS側からGPOS側の状況確認機能として、RTOSから現状GPOS側のアクティブなプロセスが使用しているFIFO Channelを知ることが可能です。

mdcom_sense_fifoch(*p_fifoch_mask)

GPOS側のMDCOMを使用しているプロセス数を取得可能です。

mdcom_sense_process(*p_process_num)

コンフィギュレーションAPI

コンフィギュレーションは、静的APIと同様のAPIで静的に行います。

FIFOチャネルの定義

CRE_FIFOCH(ID, num_blocks, block_size, m_filter, r_filter)

共有メモリチャネルの定義

CRE_SMEMCH(ID, size)

フィルターの定義

CRE_FILTER(ID, filter_function, is_mos, is_ros)

OpenAMPとの比較

MDCOMと同様の機構として、OpenAMPがあります。

OpenAMPとの比較を以下に示します。性能比較についてはこちらの論文を参照して下さい。

	OpenAMP	MDCOM
リアルタイム性	通信のタイムアウトが15秒固定でリアルタイム性が確保できない	ミリ秒単位でタイムアウトを指定可能
共有メモリ機構・排他制御機構	提供していない	提供している
同時通信	チャネルは1本のみ作成可能であり，複数チャネルでの通信ができない	複数チャネルで同時に通信可能
通信遮断通知・再接続機能	提供していない	提供している
下位レイヤーの実装	Linuxは仮想マシン用の通信フレームワークであるvirtioを使用するため，通信オーバヘッドが発生する	専用ドライバを用いているためオーバヘッドは最低限
実行環境	LinuxがMasterとなるため，通信の開始や終了をLinuxしか担えない	RTOS側がMasterとなる
APIの提供先（Linux）	カーネルモジュールであり，ユーザープログラムでの通信ができない	ユーザープログラムが通信可能
一度に送信できるデータ量	512byteが上限	制限なし

対応ハードウェア・OS

MDCOMを使用するにはハードウェアで次の機能を用意する必要があります。

ドメイン間割込み

お互いのドメインに割込みを入れることが可能な機能。

ドメイン間排他制御機構

ドメイン間での排他制御を実現するためのスピンロックを実現可能な機能。アトミック命令や専用ハードウェア等。

ドメイン間共有メモリ

どちらのドメインからも読み書き可能なメモリ。両コアからの参照アドレスが独立していてもよい。

最新のリリースでは次のボードで次のOS構成に対応しています。

Xilinx社 ZCU102(Zynq UltraScale+ MPSoC(Cortex-A53 + Cortex-R4))

Linux(Cortex-A53 64bit) <-> FMP(Cortex-R5)
FMP(Cortex-A53 32bit) <-> FMP(Cortex-R5)

Xilinx社 ZCU104(Zynq UltraScale+ MPSoC(Cortex-A53 + Cortex-R4))

Linux(Cortex-A53 64bit) <-> FMP(Cortex-R5)
FMP(Cortex-A53 32bit) <-> FMP(Cortex-R5)

NXP社 MCIMX7SABRE(i.mx7d(Cortex-A7+Cortex-M4))

Linux(Cortex-A9) <-> ASP(Cortex-M4)
FMP(Cortex-A9) <-> ASP(Cortex-M4)

NXP社 RD-IMX6SX-SABRE(i.mx6sx(Cortex-A9+Cortex-M4))

Linux(Cortex-A7) <-> ASP(Cortex-M4)
FMP(Cortex-A7) <-> ASP(Cortex-M4)

NXP社 i.MX 8M Mini EVK(i.mx8m mini(Cortex-A53+Cortex-M4))

Linux(Cortex-A53) <-> ASP(Cortex-M4)

ダウンロード

MDCOMの開発はTOPPERSメンバーによって、TOPPERS内のプロジェクト管理ツールで行われています。ユーザ向けのパッケージはここからダウンロードできます。

パッケージ	リリース	サイズ	リリース日
最新のリリース
mdcom-1.2.0.zip	1.2.0	1387KB	2020-07-15
mdcom-1.1.0.zip	1.1.0	1021KB	2019-06-20
mdcom-1.0.1.zip	1.0.1	940KB	2019-01-25
mdcom-1.0.0.zip	1.0.0	708KB	2017-06-22