Ядро ОСРВ

Ядро ОСРВ
Разработчик	Mentor Graphics Corp., Siemens подразделение
Написано в	С
Семейство ОС	ПОСИКС , ТРОН
Рабочее состояние	Текущий
Исходная модель	Закрытый исходный код
Первоначальный выпуск	1993 год ; 31 год назад
Последний выпуск	3.x, 2017.02 / 15 мая 2017 г .; 7 лет назад
Маркетинговая цель	Встраиваемые системы , Интернет вещей
Доступно в	Английский
Платформы	ARM , NXP , MIPS , TI , PowerPC , Altera Nios II , Xilinx MicroBlaze , Renesas SuperH , Infineon , Atmel AT91SAM , RISC-V , другие
ядра Тип	в реальном времени Монолитная работа с гибридной поддержкой
Лицензия	Собственный
Официальный сайт	Сайт Нуклеуса

Nucleus RTOS — это операционная система реального времени (RTOS), созданная подразделением встроенного программного обеспечения Mentor Graphics , подразделения Siemens , поддерживающая 32- и 64-битные платформы встроенных систем . Операционная система (ОС) предназначена для реального времени встроенных систем для медицинского, промышленного, потребительского, аэрокосмического использования и Интернета вещей (IoT). Nucleus был выпущен впервые в 1993 году. Последняя версия — 3.x и включает в себя такие функции, как управление питанием , модель процесса, поддержку 64-разрядных систем, сертификацию безопасности и поддержку гетерогенных вычислительных многоядерных систем на кристалле (SOC) процессоров. .

Модель процессов Nucleus добавляет разделение пространственных доменов для изоляции задач и модулей на SOC с помощью либо блока управления памятью (MMU), либо блока защиты памяти (MPU), например, на основе ядер ARMv7/8 Cortex-A/R/M.

Поддерживаемые платформы

Nucleus поддерживает множество встроенных процессоров, включая ведущие устройства ARMv7 Cortex A, R и M. Последние выпуски поддерживают ARMv8 64-битные устройства . На официальном сайте есть полный список поддерживаемых устройств. ^[2] В его состав входят 32-битные микроконтроллеры и микропроцессоры, настраиваемые устройства, а также 32-битные и 64-битные многоядерные процессоры .

История

Nucleus 1.x был впервые выпущен в 1993 году компанией Accelerated Technology (ATI) под названием Nucleus PLUS. Вскоре она стала одной из наиболее часто используемых ОСРВ на рынке встраиваемых систем. После своего раннего успеха там ATI добавила поддержку сетевых , графических и файловых систем , что ускорило внедрение.

Mentor Graphics приобрела ATI в марте 2002 года, за чем вскоре последовало второе поколение Nucleus RTOS. Версия 2.x была выпущена в 2003 году, что улучшило ее переносимость между различными архитектурами и наборами инструментов. Были добавлены новые компоненты, такие как IPv6 , файловая система флэш-памяти и универсальная последовательная шина ( USB ) 2.0. Mentor заменил устаревший отладчик Codelab инструментами разработки EDGE, которые включали компилятора инструменты , отладчик , симулятор и профилировщик .

Mentor Graphics представила Nucleus 3-го поколения в 2010 году. Версия 3.x была предназначена как для высокопроизводительных микропроцессорных блоков (MPU), микроконтроллеров (MCU), процессоров цифровых сигналов (DSP), так и для программируемых вентильных матриц (FPGA). Для устройств с ограниченными ресурсами памяти Nucleus был разработан с возможностью уменьшения размера памяти до <10 килобайт (КБ) как для кода, так и для данных.

В Nucleus 3.x появилась поддержка симметричной многопроцессорной обработки (SMP) и асимметричной многопроцессорной обработки (AMP) как с неконтролируемым uAMP, так и с контролируемым sAMP (с использованием Mentor Embedded Hypervisor ). Другие дополнения в Nucleus 3.x:

Интегрированная поддержка управления питанием для ядра и промежуточного программного обеспечения компонентов ; включает поддержку DVFS, подавление тиков и режимы сна, включая спящий режим .
Модель процесса для разделения памяти для поддержки динамической загрузки и выгрузки модулей приложения. Загружаемые процессы поддерживаются как высокопроизводительными, так и младшими MCU с поддержкой аппаратного управления памятью или без нее.
Беспроводная поддержка
Протоколы Интернета вещей
Сертификация безопасности для аэрокосмической, медицинской, промышленной и автомобильной промышленности.
Поддержка ARM TrustZone
Встроенная многоядерная платформа Mentor для управления жизненным циклом IPC и процессоров для проектов AMP (как контролируемый sAMP, так и неконтролируемый uAMP)
Поддержка трассировки во время выполнения с помощью инструментов анализа на стороне хоста

В дополнение к новым функциям версии 3.x Nucleus перевела бизнес-модель из меню «на выбор» в один унифицированный пакет.

Mentor приобрела CodeSourcery в декабре 2010 года, чтобы заменить инструменты разработки EDGE на Sourcery CodeBench . Sourcery CodeBench включает в себя набор инструментов компилятора, отладчик и инструменты анализа трассировки. Цепочка инструментов компилятора основана на цепочке инструментов GNU. Отладчик и интегрированная среда разработки (IDE) основаны на Eclipse . Sourcery CodeBench поддерживает архитектуры ARM, IA-32 , MIPS и PPC со встроенными рабочими процессами и поддержкой ОС для Nucleus RTOS и Mentor Embedded Linux.

В Nucleus 3.x представлена унифицированная система сборки и настройки, с помощью которой ядро настраивается с помощью одного файла и собирается как одна библиотека. Как и Menuconfig в Linux, инструмент настройки на основе пользовательского интерфейса (UI), интегрированный с CodeBench, предоставляет пользователю графически выбираемые компоненты для настройки ядра во время сборки. Система конфигурации Nucleus позволяет настраивать пользователя для интеграции новых цепочек инструментов, поддержки архитектуры и свойств сборки.

Основные компоненты

Компоненты Nucleus RTOS включают в себя:

Ядро
Услуги
Возможности подключения
Файловая система
сеть
Платформа Интернета вещей
Беспроводная связь
Безопасность
Пользовательский интерфейс и графика

Ядро

Ядро реального времени с упреждающим планированием на основе приоритетов
Поддержка динамического связывания с использованием загружаемых модулей.
Интерфейсы для C++ , интерфейса переносимой операционной системы ( POSIX ) и ядра операционной системы реального времени ( TRON ) microITRON
SMP/AMP, контролируемый и неконтролируемый
Поддержка SMP и контроль времени выполнения для связанной вычислительной области и привязка к ядрам процессора для задач и прерываний.
Поддержка 64-битных архитектур
Масштабируемость для устройств с ограниченным объемом памяти
Встроенная система управления питанием
Исходный код всех компонентов

Услуги

Инициализация и реестр на уровне запуска
POSIX: ядро, сеть и файловая система
Оболочка и трассировка
Агент отладки
С++
Услуги управления питанием

Возможности подключения

Nucleus поддерживает возможность подключения к другим устройствам через различные интерфейсы, включая:

USB 2.0 и 3.0
Стеки USB-хост, функции и On-The-Go (OTG)
Bluetooth со многими расширенными профилями ( A2DP , AVRCP , HFP , HSP и т. д.)
Соединение периферийных компонентов (PCI), PCI-X и PCIe
Сеть контроллеров (CAN) и CANopen
Безопасный цифровой (SDIO)
СПИ, КСПИ
Межинтегральная схема ( I²C )

Файловая система

Nucleus не требуется файловая система В отличие от Windows и Unix-подобных операционных систем, для работы . Однако для сложных задач, требующих локального хранилища, Nucleus поддерживает несколько файловых систем, включая FAT, SAFE (отказоустойчивую) и LWEXT.

Несколько одновременных файловых систем

Таблица размещения файлов ( FAT )
БЕЗОПАСНОСТЬ (высокая надежность, отказоустойчивость электропитания)
ЛВЕКСТ
Устанавливаемые файловые системы сторонних производителей

Поддержка нескольких медиа

компакт-диск
Жесткий диск
RAM-диск
NOR и NAND мигают
USB-накопитель
СД ММС

Nucleus обеспечивает поддержку различных файловых систем и носителей данных через интерфейс прикладного программирования (API) виртуальной файловой системы, который обеспечивает доступ к поддерживаемым файловым системам и устройствам хранения данных с использованием одних и тех же вызовов функций независимо от базового формата хранилища.

сеть

Сетевой стек Nucleus представляет собой двойной стек IPv4 и IPv6, который поддерживает более 60 сетевых протоколов. Сетевой стек Nucleus поддерживает POSIX и предоставляет простой в использовании интерфейс приложений на основе сокетов. Краткий список поддерживаемых протоколов включает в себя:

Набор интернет-протоколов (UDP, TCP/IP)
Протокол управляющих сообщений Интернета (ICMP), протокол динамической конфигурации хоста (DHCP), преобразование сетевых адресов (NAT)
Протокол «точка-точка» (PPP) и протокол «точка-точка через Ethernet» (PPPoE)
Протокол передачи файлов (FTP), Telnet , Secure Shell (SSH)
Простой протокол управления сетью (SNMP), протокол сетевого времени (NTP)
Протокол передачи гипертекста (HTTP) и HTTPS
JSON — XML , веб-сокеты

Безопасность

Nucleus поддерживает широкий спектр вариантов шифрования для безопасной связи и защиты данных при хранении или передаче. Nucleus поставляется с OpenSSL и OpenSSL-подобным пакетом wolfSSL (ранее CyaSSL), который намного меньше OpenSSL для проектов, требующих шифрования, но ограниченных в объеме памяти. ^[3] Протоколы безопасности для защиты передаваемых данных включают IPsec/IKE, SSH/SSL/TLS/DTLS. Шифрование включает DES, 3DES, AES, SHA-256. Алгоритмы криптографии с открытым ключом включают RSA. Поддержка включает X.509, RADIUS и 802.1X.

Беспроводная связь

несколько модулей Wi-Fi Поддерживаются от разных производителей чипов, таких как QCA, Broadcom, TI и CSR:

IEEE 802.11 а/б/г/н
ИЭЭЭ 802.15.4
Bluetooth, Bluetooth LE

графика пользовательского интерфейса

Nucleus 3.x поддерживает OpenGL и ведущие сторонние библиотеки пользовательского интерфейса. Nucleus поддерживает инфраструктуру пользовательского интерфейса Qt , оптимизированную по размеру кода и интегрированную в CodeBench для отладки и трассировки. Другие поддерживаемые пользовательские интерфейсы включают Embedded Wizard и Socionext CGI Studio .

Интернет вещей

Последние выпуски Nucleus включают поддержку HTTPS, Constrained Application Protocol (CoAP), MQTT и 6LoWPAN .

Nucleus также объявила о поддержке платформы облачных вычислений Microsoft Azure.

Промышленный

Nucleus интегрирован со сторонними промышленными стеками от лидеров отрасли. Поддержка промышленного стека включает OPC Unified Architecture хост и клиент (OPC UA), а также EtherNet/IP из Softing , заархивировано 22 августа 2017 г. на Wayback Machine и EtherCAT от KoenigPa .

Многоядерный

Nucleus поддерживает режим асимметричной многопроцессорной обработки (AMP) и режим симметричной многопроцессорной обработки (SMP) для ведущих 32- и 64-битных гетерогенных многоядерных SoC. Nucleus также может работать как GOS со встроенным гипервизором Mentor.

При работе в режиме AMP Nucleus RTOS может сосуществовать с другими экземплярами Nucleus, Linux и/или программами « голого компьютера », распределенными на других процессорах. В этом режиме каждый процессор работает независимо и ведет себя как отдельная система внутри SoC. Mentor Embedded Multicore Framework обеспечивает межпроцессное взаимодействие между операционными системами на различных ядрах и управление жизненным циклом процессора. Работа SMP предполагает создание экземпляра Nucleus RTOS, управляющего несколькими ядрами одновременно. Nucleus может распределять свои операции по всем ядрам многоядерного устройства или любому подмножеству ядер. Для этой цели Nucleus предлагает поддержку API во время выполнения для связанной вычислительной области, а также задачи управления и привязки прерываний для назначения ядра.

Пакеты продуктов

Nucleus RTOS упакован следующим образом:

Nucleus ReadyStart Edition ReadyStart, включающий систему выполнения , промежуточное ПО , BSP (все в исходном коде) и IDE, отладчик, инструменты компиляции и пакет трассировки в одном пакете. Nucleus Ready Start поставляется в версиях, предназначенных для ARM, MIPS и PPC. Nucleus ReadyStart добавляет в CodeBench специализированные плагины eclipse для упрощения рабочих процессов сборки и настройки, а также улучшений отладки, включая поддержку ядра, поддержку загружаемых модулей, инструменты трассировки и профилирования.
Nucleus Source Code Edition содержит систему выполнения и промежуточное программное обеспечение, упакованное для поддержки уникальных архитектур и/или различных цепочек инструментов.

Сертификация безопасности

Nucleus SafetyCert сертифицирован на высший уровень безопасности по DO-178C , IEC 61508 , IEC 62304 и ISO 26262 .

Продукты, использующие Nucleus RTOS

Примеры устройств, использующих продукты Nucleus, включают:

«Новые горизонты» — межпланетный космический зонд. ^[4]
Honeywell за технологию распознавания критических условий местности в авиационной отрасли ^{[ нужна ссылка ]}
Портативный караоке-плеер IVL Technologies использует Nucleus PLUS ^[5]
Logitech использует его в своих Pocket Video. портативных цифровых видеокамерах ^{[ нужна ссылка ]}
SK Telecom Первая коммерциализация технологии множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA) в Корее. ^{[ нужна ссылка ]}
Mediatek Dual SIM Чипсеты на базе двух процессоров, используемые в большинстве китайских телефонов ^{[ нужна ссылка ]}
NEC высокой четкости Мобильная трубка ^{[ нужна ссылка ]}
Семейство мультисервисных агрегаторов RBOX компании ASC использует Nucleus PLUS ^[6]
серии TI-Nspire Портативные калькуляторы используют Nucleus в качестве основы своей операционной системы. ^[7]
Телефоника использует его в программе модернизации авионики ВВС США C-130, системе SDI и программе танкера 767, авиационной системе связи. ^[8]
Garmin International разработает навигационную систему глобального позиционирования (GPS) CNX80 для авиации общего назначения ^{[ нужна ссылка ]}
Большое количество мобильных телефонов Motorola, Samsung, LG, Siemens/Benq, Sagem и NEC. ^{[ нужна ссылка ]}
Пользовательский интерфейс S-класса на LG Arena, New Chocolate и т. д. ^{[ нужна ссылка ]}
Intellon Домашняя розетка AV ^{[ нужна ссылка ]}
Crestron Electronics о своих старых процессорах систем управления 2-й серии ^[9]
BSS Audio в линейке Soundweb London . ^[10]
Более поздние версии Creative ZEN линейки продуктов ^{[ нужна ссылка ]}
Чипсет Infineon S-Gold2, используемый в телефонах Siemens : S75, E71, M81 и др. ^[11]
Чип Infineon S-Gold2, используемый в от Apple iPhone ^[12]
Metrotech i5000 Утилита локационного приемника ^{[ нужна ссылка ]}
Линия Creative Zen Vision ^{[ нужна ссылка ]}
Технология Intel Active Management , vPro встроенный контроллер ^{[ нужна ссылка ]}
Tandberg MXP Видео и телефонная техника ^[13]
Наркозная система Datex-Ohmeda Avance ^{[ нужна ссылка ]}
Дефибрилляторы Zoll Medical Corporation ^{[ нужна ссылка ]}
Samsung bada Устройства на базе платформы ^[14]
Ранний монитор пациента Mindray, ультразвуковое устройство и гематологический анализатор ^{[ нужна ссылка ]}

См. также

Сравнение операционных систем реального времени

Ссылки

^ «Процессоры, поддерживаемые Nucleus OS» . www.mentor.com .
^ «Процессоры с поддержкой Nucleus RTOS» . www.mentor.com . Проверено 22 августа 2017 г.
^ «Руководство пользователя wolfSSL – Глава 5: Переносимость – Документация» . Проверено 14 февраля 2019 г.
^ Войка, Александру. «MIPS в космосе: внутри миссии НАСА «Новые горизонты» к Плутону» . Воображение . Архивировано из оригинала 17 октября 2015 г. Проверено 16 октября 2015 г.
^ «ИВЛ Технологии» . ivl.com .
^ «АСК» . nsgdata.com . Архивировано из оригинала 15 июня 2006 г. Проверено 17 июня 2006 г.
^ «Технические подробности TI-Nspire — ticalc.org» . www.ticalc.org .
^ «Телефония – лидер наблюдения, связи, анализа и комплексных решений» . www.telephonics.com .
^ «Системы управления домашней автоматизацией, управлением кампусами и зданиями от Crestron Electronics» . www.crestron.com .
^ «Soundweb London — сетевые аудиосистемы BSS» . Сетевые аудиосистемы BSS .
^ "Все о глазах и зрении - офтальмологический форум" (PDF) . s75.siemens-club.org . Archived from the original (PDF) on 2007-02-05 . Retrieved 2012-05-12 .
^ «Эволюция Apple iPhone и его многочисленных процессоров - даже внутри модели - Музей CPU Shack» . cpushack.com . 13 августа 2010 г.
^ http://csrc.nist.gov/groups/STM/cmvp/documents/140-1/140crt/140crt951.pdf . ^{[ пустой URL PDF ]}
^ Стратегия Samsung Electronics по конкуренции в сфере «бада» такова..., Bloter, 18.11.2009, https://www.bloter.net/news/articleView.html?idxno=7334

Внешние ссылки

Официальный сайт

[1] «Процессоры, поддерживаемые Nucleus OS» . www.mentor.com .

[2] «Процессоры с поддержкой Nucleus RTOS» . www.mentor.com . Проверено 22 августа 2017 г.

[3] «Руководство пользователя wolfSSL – Глава 5: Переносимость – Документация» . Проверено 14 февраля 2019 г.

[4] Войка, Александру. «MIPS в космосе: внутри миссии НАСА «Новые горизонты» к Плутону» . Воображение . Архивировано из оригинала 17 октября 2015 г. Проверено 16 октября 2015 г.

[5] «ИВЛ Технологии» . ivl.com .

[6] «АСК» . nsgdata.com . Архивировано из оригинала 15 июня 2006 г. Проверено 17 июня 2006 г.

[7] «Технические подробности TI-Nspire — ticalc.org» . www.ticalc.org .

[8] «Телефония – лидер наблюдения, связи, анализа и комплексных решений» . www.telephonics.com .

[9] «Системы управления домашней автоматизацией, управлением кампусами и зданиями от Crestron Electronics» . www.crestron.com .

[10] «Soundweb London — сетевые аудиосистемы BSS» . Сетевые аудиосистемы BSS .

[11] "Все о глазах и зрении - офтальмологический форум" (PDF) . s75.siemens-club.org . Archived from the original (PDF) on 2007-02-05 . Retrieved 2012-05-12 .

[12] «Эволюция Apple iPhone и его многочисленных процессоров - даже внутри модели - Музей CPU Shack» . cpushack.com . 13 августа 2010 г.

[13] ttp://csrc.nist.gov/groups/STM/cmvp/documents/140-1/140crt/140crt951.pdf . ^{[ пустой URL PDF ]}

[14] Стратегия Samsung Electronics по конкуренции в сфере «бада» такова..., Bloter, 18.11.2009, https://www.bloter.net/news/articleView.html?idxno=7334

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]