Linuxカーネルのコンフィグレーションを変えてみよう！

自動車の自動運転制御やモバイル基地局の無線処理等、組み込みシステムにはリアルタイム性を必要とするシステムが多くあります。Linux Foundation傘下のReal Time LinuxプロジェクトでメンテナンスしているPreempt RTパッチを適用すると、Linuxカーネルのリアルタイム性が向上します。

Cyclone V SoCのカーネルは、すぐにPreempt RTが利用できるようになっているので、動かしてみましょう！

カーネルのコンフィグレーションとビルド
ベンチマーク

カーネルのコンフィグレーションとビルド

LinuxカーネルソースをPreempt RTのブランチに切り替えて、コンフィグを有効にして、再ビルドします。

# 環境変数の設定
$ . /opt/poky/2.1.1/environment-setup-cortexa8hf-neon-poky-linux-gnueabi

# Preempt RTのブランチに切り替え
$ cd linux-socfpga.git
$ git checkout -b socfpga-4.1.22-ltsi-rt remotes/origin/socfpga-4.1.22-ltsi-rt

# コンフィグでPreempt RTを有効に
$ make nconfig

# コンパイル
$ make zImage

# ビルドしたイメージをSDカードへコピー
$ cp arch/arm/boot/zImage SDカードのFATパーティションのマウントポイント

コンフィグの変更方法

Kernel Featuresを選択

Preemption Modelを選択

Fully Preemptible Kernel（RT）を選択

ベンチマーク

ベンチマーク プログラムは前回と同じrt-testsを使用します。

# ソースのダウンロード
$ git clone http://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/clrkwllms/rt-tests.git

# 環境変数の設定
$ . /opt/poky/2.1.1/environment-setup-cortexa8hf-neon-poky-linux-gnueabi

# コンパイル
$ cd rt-tests
$ make

# 今回使用するhackbenchをSDカードへコピー
$ cp hackbench SDカードのrootfsパーティションのマウントポイント/適当なディレクトリー

ネットワークやファイルシステムの負荷を掛けてベンチマークしてみます。ビデオでは大きな差が現れませんでしたが、より長時間実行してみると差が現れます。

下記の例では、デフォルトのカーネルではワーストケースで200ミリ秒以上の遅延が発生しているのに対して、Preempt RTではワーストケースでも10ミリ秒以内に収まっています。

デフォルトのカーネル

Preempt RTを有効にしたカーネル

アルテラ社製 Cyclone V SoC搭載ボード

アルテラ SoCは、プロセッサ、ペリフェラル、およびメモリ・インタフェースで構成される Armベースのハード・プロセッサ・システム (HPS) と、カスタマイズ可能なFPGA ファブリックを広帯域幅インタコネクタ・バックボーンで統合した製品です。ハードIPには、PCI Express Gen2やマルチメモリポート、ECC、メモリ保護、高速シリアルトランシーバを搭載し、性能および消費電力の低減とプログラマブル・ロジックの柔軟性という特長を兼ね備えました。これまでCPUとFPGAで構成されたシステムボードサイズを大幅に削減することができます。今回の講座では、テラシック社製「DE0-Nano-SoC Kit/Atlas-SoC Kit」を使用します。
日本アルテラ株式会社

ローターバッハ社製 TRACE32

世界中で最も使われているハードウェアアシストデバッガTRACE32。ArmだけでなくNios IIはもちろん、70以上のプロセッサアーキテクチャをサポートしているのが、TRACE32。SMPシステムのマルチコア対応では、複数のコアを同時に制御し、参照コアを切り替えながらシームレスにデバッグを進めることができます。また、Linux等のSMP対応OSのデバッグをサポートする「OS認識機能」が標準装備されていることも特徴です。これにより、デバッグ対象のタスクが何れのコアに割り当てられているかを気にすることなく、ユーザ空間で動作しているプログラムのデバッグをスムーズに進めることができます。
日本ローターバッハ株式会社