面向V850 CPU架構(gòu)的虛擬技術(shù)（瑞薩電子）

瑞薩電子株式會社于2010年10月12日正式宣布開發(fā)面向V850 CPU架構(gòu)的虛擬技術(shù)，它可以為每個(gè)程序分配適當(dāng)量的CPU時(shí)間，從而在控制系統(tǒng)對不同任務(wù)進(jìn)行綜合高速處理時(shí)，大幅降低各個(gè)控制程序間的干擾。新的虛擬技術(shù)在采用一個(gè)單獨(dú)CPU內(nèi)核運(yùn)行時(shí)，可以提高軟件的配置自由，特別適用于需要進(jìn)行復(fù)合處理的大規(guī)模控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)功能的順利分配和集成，使軟件開發(fā)更高效。

近年來，在汽車控制單元等應(yīng)用中，向電子控制系統(tǒng)進(jìn)行快速轉(zhuǎn)換的趨勢愈加明顯。而在電子控制系統(tǒng)中，高速和復(fù)雜的實(shí)時(shí)處理必不可少。此外，每個(gè)車輛中控制系統(tǒng)的數(shù)量也在迅速增加。系統(tǒng)的不斷增加擴(kuò)展，使一些操作情況需要改變控制系統(tǒng)來進(jìn)行功能的分配和集成；而在另一些操作情況下，由于現(xiàn)有的功能變得更加尖端和先進(jìn)，因此單獨(dú)的控制系統(tǒng)在規(guī)模上變得更大，這就需要分割多個(gè)交互系統(tǒng)的功能，以簡化設(shè)計(jì)過程。另外，在一些操作情況中，應(yīng)用軟件被分割成多個(gè)模塊，以限制對于存儲器（ROM，RAM，外設(shè)器件）的訪問，或?qū)崿F(xiàn)執(zhí)行管理，從而增強(qiáng)控制系統(tǒng)整體的安全性和可靠性，以滿足SIL*等功能安全標(biāo)準(zhǔn)與安全領(lǐng)域的要求。

過去，在上述情況下，一般以軟件來實(shí)現(xiàn)分配或集成功能，或采用多個(gè)硬件單元（CPU內(nèi)核），其中每個(gè)都被分配到單獨(dú)的控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)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(shí)間來執(zhí)行時(shí)間管理和程序轉(zhuǎn)換等任務(wù)，因而并不適用于實(shí)時(shí)控制應(yīng)用。此外，在軟件開發(fā)過程中，控制系統(tǒng)的數(shù)量有時(shí)會增加，使其很難提前獲得最佳的硬件，因此多個(gè)硬件單元的應(yīng)用也存在問題。

基于上述原因，就需要開發(fā)出一個(gè)可使多個(gè)控制系統(tǒng)最小化的開發(fā)環(huán)境，在保證處理執(zhí)行的獨(dú)立、簡化質(zhì)保程序的同時(shí)，仍可靈活對應(yīng)軟件的重新配置，從而在軟件開發(fā)過程中進(jìn)行適當(dāng)變化，以同步開發(fā)多個(gè)衍生產(chǎn)品。

此外，目前的軟件開發(fā)存在這樣一個(gè)趨勢：由于對多核硬件需求的增長，因此在軟件開發(fā)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(dú)立的。而在硬件方面，要求允許依據(jù)并行處理的水平進(jìn)行靈活變化，以使應(yīng)用軟件并行的要求也不斷提升。另外，在最初選擇硬件時(shí)，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(fā)出了虛擬技術(shù)，以進(jìn)行并行執(zhí)行，同時(shí)降低單獨(dú)CPU上多個(gè)系統(tǒng)控制任務(wù)間的干擾。

最新開發(fā)技術(shù)的主要功能如下：

(1) 硬件調(diào)度器支持多個(gè)實(shí)時(shí)控制任務(wù)的平行執(zhí)行
瑞薩電子已開發(fā)的多線程技術(shù)，能夠使多線程任務(wù)同時(shí)執(zhí)行。它使得每個(gè)線程或軟件執(zhí)行單位都具有執(zhí)行程序所需的多個(gè)資源，如通用寄存器和系統(tǒng)控制寄存器，并使其能夠在多個(gè)時(shí)鐘周期在運(yùn)行的線程間進(jìn)行切換。
線程切換由一個(gè)硬件調(diào)度器自動處理，保證了開發(fā)者能夠提前為每個(gè)線程分配CPU時(shí)間，這就不需要在時(shí)間管理中提供CPU處理時(shí)間和程序轉(zhuǎn)換。而這些都是在此前技術(shù)中不可或缺的。此外，新技術(shù)沿襲了原有技術(shù)的規(guī)則優(yōu)勢，使多個(gè)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)能夠與頻率性能同步運(yùn)行，滿足開發(fā)者的特定需求。

(2)能夠?qū)⒁粋€(gè)單獨(dú)的CPU配置成為多個(gè)虛擬CPU
瑞薩電子已開發(fā)了可能擴(kuò)展硬件尋址空間的技術(shù)，并能夠管理“中斷”，使其能夠?qū)⒁粋€(gè)單獨(dú)的CPU配置成為多個(gè)虛擬CPU。
地址轉(zhuǎn)換功能提供了存儲器資源的適當(dāng)分隔，如應(yīng)用軟件代碼區(qū)域和數(shù)據(jù)區(qū)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(gè)虛擬CPU獨(dú)立的管理“中斷”提供優(yōu)先級排序。
每個(gè)虛擬CPU分配成單線程或多線程。利用一個(gè)像實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（OS）這樣的簡單操作系統(tǒng)，可以將一個(gè)單獨(dú)的線程分配到每個(gè)虛擬CPU中。當(dāng)在一個(gè)支持多線程的大規(guī)模操作系統(tǒng)上運(yùn)行時(shí)，可以將多個(gè)系統(tǒng)分配到一個(gè)單獨(dú)的虛擬CPU中。

(3) 總線系統(tǒng)降低了多個(gè)系統(tǒng)之間的干擾
總線系統(tǒng)使接入存儲器（ROM，RAM）的線程之間的干擾達(dá)到最低，這些存儲器接到總線或主外設(shè)器件，并使多個(gè)線程保持著輸入/輸出（I/O）訪問的規(guī)則性。這就為控制系統(tǒng)中的I/O虛擬提供了支持。
通過結(jié)合這些特性，新技術(shù)使其能夠?qū)⒁粋€(gè)單獨(dú)的CPU用作多個(gè)虛擬CPU，每個(gè)單獨(dú)的虛擬CPU都可以運(yùn)行不同的操作系統(tǒng)或支持并行運(yùn)行的獨(dú)立控制系統(tǒng)。
當(dāng)分割系統(tǒng)將多個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行集成時(shí)，或在開發(fā)大規(guī)模控制系統(tǒng)時(shí)，集成前或集成后改變或驗(yàn)證各個(gè)控制系統(tǒng)時(shí)，在精細(xì)化時(shí)間控制中，新技術(shù)還可以解決與時(shí)間管理相關(guān)的軟件成本問題。這就能夠以最優(yōu)的成本對于控制系統(tǒng)進(jìn)行分割或?qū)⒍鄠€(gè)控制系統(tǒng)加以集成。另外，在虛擬多核配置中，虛擬CPU的數(shù)量和頻率性能等級的自由度更高，這就意味著設(shè)計(jì)過程可以考慮板的特性，如安裝位置和安裝區(qū)域等。

瑞薩電子計(jì)劃在其下一代V850 CPU中采用最新開發(fā)的虛擬技術(shù)，提供新一級別CPU架構(gòu)的可升級性，并為客戶提供更具靈活性的開發(fā)系統(tǒng)。

注釋1：安全集成性—電子產(chǎn)品的功能安全標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的安全級別（IEC 61508）和用于公路車輛的功能 
安全標(biāo)準(zhǔn)（ISO 26262）。

注：此新聞稿中所提到的產(chǎn)品名稱和服務(wù)均為其各自所有者的商標(biāo)或注冊商標(biāo)。