4 テスト環境

複雑なテスト環境

組込みテストの課題

• エッジ系ソフトのテスト
  • 製品個別のハード対応
• CPU命令とI/Oが製品毎に異なる
  • テストベッド，テストハーネス
  • 組み合わせで多様
• 多様な専門知識が必要
  • リソース共有ができない

統合ECUでは？　テスラに学ぶ

• カーネルベース仮想化技術

• 統合ECUボードは数種類ある
• 能力差はあるが
• KVMによりOSやアプリからは互換あり
• 実機ECUだけでなく，クラウドやPCでも仮想化
• 現在のエッジ系開発と比較し桁違いの効率
  • 開発量と開発スピードの必要性から

KVMの歴史

• QEMU：1999年 Red Hat が開発
  
• KVM ：2007年 QEMUのゲスト OS のパフォーマンスを向上
• Linuxカーネルに組み込まれる 2012年
• 2014年，2018年 強化を続ける
• オープンソース 仮想化技術のディファクト

Tesla OSは統合技術

• Tesla OSは突然出現したのではない
• 10年以上のOSSでの実績
  • サポートできるエンジニアが育っていた
• 実績のあるソフトの組み合わせ
• それを支えるエンジニア
  • 欧米の人的資源分化
  • 有能な人材を刈り集め活躍の場を作る

Tesla OSは仮想マシンプラットフォーム

• ハードの抽象化と仮想化
• 仮想化ネットワーク
• 柔軟な構成が可能
• この特性で，3種のボードをOSがサポート
• BSWとは柔軟性の桁が違う

仮想マシンプラットフォーム

• CPUの持つハードウェア仮想化技術
• KVMはQEMUを使ってホストマシン以外もサポート
• 仮想メモリ管理
• 仮想ネットワーク

仮想ネットワーク

• 仮想プロットフォーム内に高速NET
• 構成要素
  • 「仮想NIC」・・・・VM(*3)に接続された NIC
  • NIC　Network Interface Card
  • 「仮想スイッチ」接続のための L2 スイッチ
  • 「物理NIC」プラットフォーム外接続

開発とテスト

• 現在のKVMはKVMの上にKVMが可能
• つまりクラウド上のKVM（開発テストのホスト）
• 任意のチップ仕様でターゲットKVM
• 実機テストもクラウドと実機接続で

tesla 追従の課題

• 技術的にはOSSなので，
• キャッチアップは難しくない
• 問題は人的資源
• 特に，保有エンジニアのスキル変換
• 現 製品ごとの作業分業
  • 専門技術の分業へ

リアルタイムのトレンド

4.1 VMPFとリアルタイム制御

• tesla OSのメインはVMプラットフォーム
• リアルタイム制御もゲストVMで残る
• イベント処理を別VMにするのでより高信頼化
• 確定論処理の徹底，RTOS機能の活用
• tesla はQNXをベースにしている
  • マイクロカーネル方式が幾つか乗っている

組込みモダン技術

• リアルタイム制御での変化は

  1. プリエンプション
  2. メモリ保護

• テスト，開発での変化は

  1. QUME仮想化
  2. LLVMの動的サニタイザー

4.2 プリエンプション

• プリエンプション(preemption)
• リアルタイム制御への導入は，
• 周期タスクの実行優先度制御です．
• 何に使うのか
  • 周期タスクの時間制約を緩和する

• 周期タスクの時間制約問題
• 一部，周期の短いタスクがあり
  • その時間制約のため，長い処理を分割
  • 処理が複雑になっている
• 例えば，20msec と100msecの２種類
  • 100msecタスクも20msecの制約

• 20msecの周期タスク 理想

• 割り込み処理が入るとジッター

• 100msec　周期タスク
• 時間内に終わらないので，次の20msecにも追加
• 分割で時間確保が大変

• プリエンプション(preemption)導入

• RTOS側に周期タスクの優先クラス単位にスタック確保

• 上位の優先クラスが実行され，終了後に再開

• RTOSのプリエンプションを使うと
• 100msの周期タスクの制限を100ms近くまで
• 緩和することができる．

• さらに，非同期タスク
• 周期タスクではなく，長期の処理
• 割り込みなどで，起動される優先度の低いタスク
• この実装が可能
• 診断処理などに利用できる．

4.3 メモリ保護

• メモリ保護とはRTOSの機能で
• タスク単位に独立したメモリエリアを提供する
• OSは実メモリとタスクへ提供するメモリの
• アドレス変換機能を提供する（FWレベルで）
• 何に使うのか
  • 派生開発時の想定外影響防止

• リアルタイム処理の派生開発
• タスク間の隠れた影響調査が困難
• その調査に多大な時間を費やしている
• この機能を使うと想定外の参照や更新を
• 動的に防げる．

• 他にも
  • テーブルやスタックの溢れチェック
  • 共有エリア
  • 動的メモリ（解放，確保が可能）
• 利用可能になった大型メモリの活用が可能

4.4 QUME仮想化

• ターゲット側ではなく開発側
• ホスト側でターゲットECUやメモリを仮想化
• 仮想化上で動作させテストが可能
  • Tesla OS はこれをターゲット側でも活用

• チップメーカ動向
  • 新規チップ開発時
  • 出荷前にこの仮想環境を提供している
  • 評価パッケージの代替えのも

• RTOSメーカ動向
  • デモ環境として
  • テスト環境として
  • 提供している
• freeRTOSでも

まとめ

• ２つの相反トレンド
• マイクロサービス化：機能の独立性を高める
  • １サービス：１OS＞１アプリ
• 複雑化：クラウドとして複数のVM統合
  • 高速通信（パッシング）
• tesla-OS はこのトレンド

10年後の技術は？

• RTOS/BSW
  • 2020頃は多種多様なアプリの乗せ複雑化
  • 仮想化技術により１RTOS 1アプリへ
  • 安定するので開発量は減る
• 通信や診断やリプログなどのアプリ
  • 仮想化フレームワーク化でサービス化
  • RTOS配下でなくなる
  • リソース制限が緩和され大量に開発
• IT系に占領されそう–＞組込み系の高度化