面向V850 CPU架構的虛擬技術
2010-11-08 19:34:12 本站原創瑞薩電子株式會社于2010年10月12日正式宣布開發面向V850 CPU架構的虛擬技術，它可以為每個程序分配適當量的CPU時間，從而在控制系統對不同任務進行綜合高速處理時，大幅降低各個控制程序間的干擾。新的虛擬技術在采用一個單獨CPU內核運行時，可以提高軟件的配置自由，特別適用于需要進行復合處理的大規模控制系統，能夠實現功能的順利分配和集成，使軟件開發更高效。
近年來，在汽車控制單元等應用中，向電子控制系統進行快速轉換的趨勢愈加明顯。而在電子控制系統中，高速和復雜的實時處理必不可少。此外，每個車輛中控制系統的數量也在迅速增加。系統的不斷增加擴展，使一些操作情況需要改變控制系統來進行功能的分配和集成；而在另一些操作情況下，由于現有的功能變得更加尖端和先進，因此單獨的控制系統在規模上變得更大，這就需要分割多個交互系統的功能，以簡化設計過程。另外，在一些操作情況中，應用軟件被分割成多個模塊，以限制對于存儲器（ROM，RAM，外設器件）的訪問，或實現執行管理，從而增強控制系統整體的安全性和可靠性，以滿足SIL*等功能安全標準與安全領域的要求。
過去，在上述情況下，一般以軟件來實現分配或集成功能，或采用多個硬件單元（CPU內核），其中每個都被分配到單獨的控制系統以實現上述需求。然而，基于軟件的集成由于其需要額外的CPU處理時間來執行時間管理和程序轉換等任務，因而并不適用于實時控制應用。此外，在軟件開發過程中，控制系統的數量有時會增加，使其很難提前獲得最佳的硬件，因此多個硬件單元的應用也存在問題。
基于上述原因，就需要開發出一個可使多個控制系統最小化的開發環境，在保證處理執行的獨立、簡化質保程序的同時，仍可靈活對應軟件的重新配置，從而在軟件開發過程中進行適當變化，以同步開發多個衍生產品。
此外，目前的軟件開發存在這樣一個趨勢：由于對多核硬件需求的增長，因此在軟件開發初始階段就需要開始重視并行操作，以降低功耗并提高工作性能。并且，為了保證可升級性，軟件必須是與硬件相獨立的。而在硬件方面，要求允許依據并行處理的水平進行靈活變化，以使應用軟件并行的要求也不斷提升。另外，在最初選擇硬件時，所需的并行處理度與假定也有所不同。
作為上述問題的解決方案，瑞薩電子已開發出了虛擬技術，以進行并行執行，同時降低單獨CPU上多個系統控制任務間的干擾。
最新開發技術的主要功能如下：
(1) 硬件調度器支持多個實時控制任務的平行執行
瑞薩電子已開發的多線程技術，能夠使多線程任務同時執行。它使得每個線程或軟件執行單位都具有執行程序所需的多個資源，如通用寄存器和系統控制寄存器，并使其能夠在多個時鐘周期在運行的線程間進行切換。
線程切換由一個硬件調度器自動處理，保證了開發者能夠提前為每個線程分配CPU時間，這就不需要在時間管理中提供CPU處理時間和程序轉換。而這些都是在此前技術中不可或缺的。此外，新技術沿襲了原有技術的規則優勢，使多個實時控制系統能夠與頻率性能同步運行，滿足開發者的特定需求。
(2)能夠將一個單獨的CPU配置成為多個虛擬CPU
瑞薩電子已開發了可能擴展硬件尋址空間的技術，并能夠管理“中斷”，使其能夠將一個單獨的CPU配置成為多個虛擬CPU。
地址轉換功能提供了存儲器資源的適當分隔，如應用軟件代碼區域和數據區域，避免了虛擬CPU間邏輯地址的重疊或存儲器資源的不合理分配。它還可以為每個虛擬CPU獨立的管理“中斷”提供優先級排序。
每個虛擬CPU分配成單線程或多線程。利用一個像實時操作系統（OS）這樣的簡單操作系統，可以將一個單獨的線程分配到每個虛擬CPU中。當在一個支持多線程的大規模操作系統上運行時，可以將多個系統分配到一個單獨的虛擬CPU中。
(3) 總線系統降低了多個系統之間的干擾
總線系統使接入存儲器（ROM，RAM）的線程之間的干擾達到最低，這些存儲器接到總線或主外設器件，并使多個線程保持著輸入/輸出（I/O）訪問的規則性。這就為控制系統中的I/O虛擬提供了支持。
通過結合這些特性，新技術使其能夠將一個單獨的CPU用作多個虛擬CPU，每個單獨的虛擬CPU都可以運行不同的操作系統或支持并行運行的獨立控制系統。
當分割系統將多個控制系統進行集成時，或在開發大規模控制系統時，集成前或集成后改變或驗證各個控制系統時，在精細化時間控制中，新技術還可以解決與時間管理相關的軟件成本問題。這就能夠以最優的成本對于控制系統進行分割或將多個控制系統加以集成。另外，在虛擬多核配置中，虛擬CPU的數量和頻率性能等級的自由度更高，這就意味著設計過程可以考慮板的特性，如安裝位置和安裝區域等。
瑞薩電子計劃在其下一代V850 CPU中采用最新開發的虛擬技術，提供新一級別CPU架構的可升級性，并為客戶提供更具靈活性的開發系統。
注釋1：安全集成性—電子產品的功能安全標準中規定的安全級別（IEC 61508）和用于公路車輛的功能
安全標準（ISO 26262）。
注：此新聞稿中所提到的產品名稱和服務均為其各自所有者的商標或注冊商標。
