«Процессорные архитектуры QNX в системах реального време

«Процессорные архитектуры QNX в системах реального времени» Махилёв Владимир, СВД Встраиваемые Системы Процессорная архитектура и аппаратная платформа
Процессорная архитектура Архитектура команд Система команд, работа с памятью, регистры и пр. Примеры: ARM, MIPS, PowerPC, x86 … Архитектура процессорного ядра Организация конвейеров, кэш, взаимодействие между блоками (ALU, FPU, …) и пр. Примеры: ARM Cortex-­‐A9, PowerPC e500, MIPS32, Intel Atom … Аппаратная платформа Контроллеры, системы на кристалле (SoC) Производители : Freescale, TI, Intel, Atmel, Элвис … Процессорные модули Производители: Fastwel, НКБ ВС, Kontron … Законченные устройства, панельные станции, моноблоки Примеры: АТРИ «Орион» Целевые архитектуры QNX 4.25 и ЗОСРВ КПДА.00002-­‐01
QNX 4.25 •  Intel x86 •  Поддержка и обновление драйверов ЗОСРВ КПДА.00002-­‐01 •  сертификат соответствия МО РФ № 2128 от 27.03.2013 Целевые архитектуры QNX Neutrino 6.5.1
Intel x86 ( SMP, APIC, Fastboot … ) RISC архитектуры (с MMU) ARM ( арх. v4-­‐v6, ARMv7, MPCore … ) MIPS ( MIPS32, MIPS64, BE/LE, SMP … ) PowerPC ( SMP, PPC SPE, … ) SH4 ( SMP …) Целевые архитектуры QNX Neutrino 6.6
Intel x86 ( Q87/77/67, Atom E6xx, E3800 … ) ARM v7 (i.MX6x, OMAP4430/4460/5432, AM335x … ) Целевые архитектуры ЗОСРВ «Нейтрино» КПДА.
10964-­‐01
сертификат соответствия МО РФ № 1740/1 от 13.12.2013 для АС класса защищенности до 1Б Intel x86 RISC архитектуры ARM LE MIPS BE/LE PowerPC BE … Целевая архитектура MIPS
•  MIPS -­‐ Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages •  Лицензируемая RISC архитектура MIPS32 и MIPS64 •  Раздельные кэш команд и данных, плюс максимальное использование конвейеров •  Дополнительные наборы инструкций (MIPS-­‐3D, MDMX (MaDMaX), MIPS16e, MIPS MT) •  Поддержка в QNX архитектур MIPS32 и MIPS64 Li„le-­‐
endian / Big-­‐endian Процессоры MIPS в QNX
Высокопроизводительные контроллеры для сферы телекоммуникаций • 
• 
• 
• 
Высокая масштабируемость процессорных ядер Интеграция с DSP Низкое энергопотребление Классическая RISC архитектура Отечественные процессоры MIPS в QNX
Платформа Элвис «МУЛЬТИКОР» Система на кристалле МС-­‐24 (1892ВМ2Я) •  RISC ядро MIPS32 •  сигнальный процессор DSP ELcore-­‐24 Области применения: • 
Радиолокационные и гидроакустические системы • 
Связь и телекоммуникация, промышленный контроль • 
Бортовые и наземные системы управления • 
… QNX BSP для отладочных модулей MC12, MC24 •  Версия ядра для MC12/MC24 включена в состав ЗОСРВ «Нейтрино» Целевая архитектура ARM
Advanced RISC Machine • 
Лицензируемая RISC архитектура • 
Множество производителей с широкой линейкой ядер и контроллеров различного назначения • 
Низкое энергопотребление, высокая степень интеграции периферии • 
Технологии и расширения (Thumb, Jazelle, Vector Floa…ng Point, TrustZone, NEON ,…) • 
Лидирующие позиции на рынке мобильных устройств • 
Поддержка в QNX Neutrino ARM ядер с MMU • 
Поддержка в QNX архитектур ARM • 
ARM LE (v4-­‐v6): ARM7, Strong ARM, ARM9, XScale, ARM11 • 
ARM LE v7: Cortex-­‐A8, Cortex-­‐A9, Cortex-­‐A15 MPCore QNX на ARM процессорах
Поддержка в QNX •  Freescale iMX5x •  Freescale iMX6 •  Atmel ATSAMA5D3X •  Nvidia Tegra2, Tegra3 •  TI Jacinto 5,6 •  TI OMAP 5432 •  TI OMAP 4460/4430 •  TI AM335xx •  Xilinx Zynq 7000 Планы •  OMAP 52xx •  Sitara AM43x •  i.MX7 •  i.MX8 •  Tegra •  Jacinto 7 Программно-­‐аппаратная платформа SABRE
•  Freescale i.MX53 ARM Cortex A8 1Ггц •  Оперативная память 1 Гб, Flash – 4 Гб •  Дисплей 10” 1024x768 •  Интерфейсы 2xUSB, SD, mini-­‐HDMI •  Микрофон, динамики, акселерометр, камера 5 МП •  Коммуникации: •  Ethernet, Wi-­‐Fi, RS232 •  GSM, Bluetooth •  Встроенная батарея 5В QNX Accelerator Kit
Аппаратные платформы: •  Texas Instruments Sitara ARM Cortex A8 AM335x Starter Kit •  Freescale I.MX6 BD-­‐SL-­‐i.MX6 Lite development board •  Аппаратный 2D/3D рендеринг средствами OpenGL ES 2.0 •  Поддержка Wi-­‐Fi •  Поддержка тачскринов •  Интеграция с окружением Qt 5.0 •  Интеграция с Crank Storyboard QNX на ARM в сравнении
Платформа Beagle-­‐XM Board Rev C • 
• 
• 
• 
• 
Texas Instruments DM3730 Digital Media Processor ARM Cortex A8, 1GHz L1 Cache: 32KB instruc…on /32KB data L2 Cache: 64KB 512MB RAM at 166MHz Возникновение прерывания Задержка обработки прерывания Возвращение управления потоку Обработчик прерывания Задержка планирования Время QNX на Beagle-­‐XM в сравнении
Время обработки Задержка прерывания от системного обработки таймера. ср./макс., мкс прерывания. ср./
макс., мкс Задержка планирования. ср./
макс., мкс По отчетам Dedicated Systems Experts hžp://download.dedicated-­‐systems.com/ Максимальная выдерживаемая частота прерываний, мкс Целевая архитектура Intel x86
•  Исторически первая платформа для ОСРВ QNX •  Стандартизация загрузки и установки ОС обеспечивается BIOS •  Большой спектр как высокопроизводительных, так и бюджетных решений •  Простота разработки демонстрационного проекта под QNX •  Удобна для разработчиков, имеющих опыт создания проектов на x86 и начинающих проект под QNX •  Разработка и тестирование приложений QNX в одном из средств виртуализации (VMware, VirtualBOX, Microso Virtual PC, QEMU) без необходимости приобретения специализированной аппаратуры •  Технологии SMP, APIC, FastBoot •  Простой перенос Open Source проектов Процессоры Intel Atom в QNX
Intel Atom -­‐ линейка микропроцессоров архитектуры x86 с низким энергопотреблением • Множество процессорных модулей различного исполнения • Потребляемая мощность от 0.65 до 13 Вт • Серии из двух процессорных ядер и частотой >2 ГГц • Техпроцесс 45 нм, переход к процессу 32 нм • «Северный» и «южный» мосты в одном чипе Intel SCH • Конкуренция с ARM-­‐контроллерами на рынке мобильных устройств • Поддержка в QNX серий Z5xx, N4xx, D5xx, E6xx • Технология быстрой загрузки QNX FastBoot QNX на x86 процессорах
Поддержка в QNX •  … •  «Haswell» •  «Ivy Bridge» •  «Sandy Bridge» •  «Bay Trail» Планы •  «Broadwell» •  «Cherry Trail» •  «Sky Lake» QNX Fastboot •  Intel Atom Z5xx + чипсет US15W Poulsbo •  Intel Atom E6xx + чипсет EG20T TunnelCreek QNX на Advantech SOM-­‐6760 в сравнении
• 
• 
• 
• 
Процессорный модуль Advantech SOM-­‐6760 x86 Intel Atom Intel Atom Z530 1.6 ГГц L1 Cache: 32KB instruc…on /24KB data L2 Cache: 512KB 512MB DDR2 Время обработки Задержка прерывания от обработки системного таймера. прерывания. ср./макс., мкс ср./макс., мкс Задержка планирования. ср./макс., мкс Максимальная выдерживаемая частота прерываний, мкс Целевая архитектура PowerPC
•  PowerPC (Power Performance Compu‘ng.) -­‐ RISC архитектура, разработанная альянсом Apple, IBM и Motorola (AIM) •  Одна из первых архитектур, поддерживаемых QNX Neutrino •  Суперскалярная обработка команд •  Линейка производительных промышленных процессоров Freescale QorIQ •  Поддержка в QNX архитектур PPC BE, PPC BE SPE QNX на PPC процессорах Freescale
Системы на кристалле QorIQ • 
высокий уровень интеграции периферии • 
многоядерность • 
производительность Поддержка в QNX В планах • 
P5020 • 
• 
P4080 • 
P3041 • 
P2020/2041 • 
P1020/1010 T1020/1040 Модуль универсального процессора данных МУПД-­‐3U/2G
Производитель: ОАО «Научно-­‐конструкторское бюро вычислительных систем», г. Таганрог Модуль универсального процессора данных МУПД-­‐3U/2G VPX3U на базе Freescale P3041 • 
P3041 (PowerPC e500) 4 ядра 1.2 ГГц • 
1 Гбайт DDR3 • 
2х256 Мб флэш, SSD SATA 4-­‐64 Гбайт • 
Интрефейсы: • 
Gigabit Ethernet 4x • 
PCIe • 
USB, RS232/422, I2C Пакет поддержки модуля МУПД-­‐3U/2G для QNX Neutrino / ЗОСРВ «Нейтрино» обеспечивает выполнение задач высокопроизводительной вычислительной и логической обработки данных в реальном времени Характеристики реального времени QorIQP 1021 Платформа Freescale QorIQP 1021 MDS • 
• 
• 
• 
PowerPC e500 800 Mhz L1 Cache: 32KB instruc…on /32KB data L2 Cache: 256KB 512MB DDR3 800 Mhz •  Время обработки прерывания системного таймера (среднее/
максимальное): •  1.1 / 6.9 мкс •  Задержка обработки прерывания: •  0.4 / 2.6 мкс •  Задержка планирование: •  0.5 / 3.3 мкс •  Максимальная частота прерываний: •  6.5 мкс Сравнение характеристик реального времени
•  По результатам тестирования Dedicated Systems Experts •  Полная версия отчетов доступна на сайте после регистрации: hžp://download.dedicated-­‐
systems.com/ Тестируемые ОСРВ •  QNX Neutrino 6.5 •  Windows Embedded Compact 7 (бывшая Windows CE) •  ОС на базе ядра Linux 2.6.33.7.2 с патчами реального времени v.30 Тестируемое оборудование
•  компьютер на базе x86 Pen…um MMX 200 (Тестирование Windows проводилось на Intel Pen…um II 233 Mhz с 512 Кб L2 Кэша) •  процессорный модуль Advantech SOM-­‐6760, x86 Intel Atom •  процессорная плата Beagle-­‐XM Board, TI DM3730, ARM Cortex A8 •  процессорная плата Freescale QorIQP 1021 MDS, PowerPC e500 Время обработки прерывания от системного таймера (Среднее и максимальное значения, мкс) Задержка обработки прерывания (Среднее и максимальное значение, мкс)
Максимальная выдерживаемая частота прерываний, мкс Поддержка платформы в QNX
Целевая система Функциональное ПО ОСРВ QNX Neutrino Инструментальная система (на базе x86 Windows/Linux) Комплект разработчика QNX Momen‘cs •  Кросс-­‐компилятор •  Построение загрузочных образов QNX BSP •  Среда разработки на базе Eclipse IDE •  Разработка •  Отладка Аппаратура •  Профилирование QNX Neutrino BSP (Board Support Package)
Пакет поддержки платы в QNX (BSP) •  Поддержка конкретной аппаратной платформы/процессорного модуля •  Загрузочный образ ОС •  Начальный загрузчик IPL/startup •  Сетевые драйвера •  PCI •  Поддержка носителей данных NAND/NOR флэш , SATA, SD •  Интерфейсы RS232/USB/I2C/SPI •  Специализированные программы •  Интеграция в IDE •  Пакеты поддержки платы (BSP) на сайте QNX: hžp://
community.qnx.com/sf/wiki/do/viewPage/projects.bsp/wiki/
BSPAndDrivers Выбор платформы и цикл разработки
ü  Производительность ü  Функционал ü  Энергопотребление ü  Цена, доступность, … ü  Доступность BSP Анализ функциональных требований Выбор и тестирование прототипного модуля ü  Поддержка периферии ü  Программные подсистемы ü  Требования к надежности ü  Графический интерфейс ü  Открытые проекты Выбор ОС : QNX Neutrino RTOS / ЗОСРВ «Нейтрино» ü  Опыт разработчиков ü  Тех. поддержка Проектирование системного и функционального ПО ü  Заказная разработка: § 
BSP § 
§ 
Драйверы Middleware § 
… ü  Информационная безопасность ü  Обучение Адаптация ОС на целевой системе ü  Обучение ü  Сертификация ü  Тех. поддержка ü  Консалтинг ü  QNX SDP Разработка и отладка системного ПО ü  Стресс-­‐тестирование ü  Оптимизация ü  Управление обновлениями Отладка аппаратно-­‐
независимого ПО (ПК, VMWare …) Комплексная отладка ПО на целевой системе ü  IDE QNX ü  Консольные средства ü  Продукты 3-­‐х фирм ü  Open Source проекты ü  Профилирование приложений ü  Расширение функционала ü  Повышение надежности «СВД Встраиваемые Системы» поможет с выбором аппаратуры и разработкой ПО для устройств на базе QNX / ЗОСРВ «Нейтрино» Построение программно-­‐аппаратной системы
Выбор прототипной платы •  Функционал •  Стоимость •  Энергопотребление •  Производительность •  Наличие QNX BSP •  ... •  Техническая поддержка •  Консалтинг •  Заказная разработка •  ... Адаптация QNX Neutrino BSP для целевой платы Разработка и отладка функционального ПО •  QNX SDP •  IDE / командно-­‐строковые средства •  Технологические комплекты QNX •  Продукты 3-­‐х фирм / Open Source •  ... Махилёв Владимир Ведущий инженер-­‐программист (812) 3468956 доп.105 support@kpda.ru www.kpda.ru www.swd.ru