Memory-Meister - elektronikJOURNAL

Entwickeln, Messen und Fertigen
Softwaretools
Bild 2: Ein Type-1-Hypervisor (hier: Lynx-Secure) läuft direkt
auf der Hardware und kann mehrere Betriebssysteme als Gäste
gleichzeitig ausführen. Diese müssen von der Virtualisierung
nichts wissen (links), können aber kooperieren und damit die
Performance steigern (Paravirtualisierung).
ein bestimmtes Gerät nicht unterstützt, muss ein solcher Support
geschaff en werden. Nicht jeder RTOS-Anbieter hat die technischen
Ressourcen, um die erforderliche Hardware-Unterstützung zu entwickeln.
Auch unterscheidet sich die Bandbreite und Latenzzeit
der Netzwerk- und USB-Stacks. Nicht alle RTOS-Anbieter werden
ihre Stacks für eine Echtzeit-Embedded-Anwendungsumgebung
optimieren – vor allem in pukto Eintrittsinvarianz und Latenz.
Embedded-Hypervisor
Ein Hypervisor – manchmal Virtual Machine Monitor genannt –
führt mehrere Gast-Betriebssysteme gleichzeitig auf einer Hardware-Plattform
aus. Das nutzt die Rechenleistung heutiger Prozessoren
besser und spart Platz, Gewicht und Leistung. Seit kurzem
kommen Hypervisor auch im Embedded-Bereich zum Einsatz. Es
gibt zwei Kategorien: Typ 2 hosted seine Gast-Betriebssysteme
mithilfe des übergeordneten Betriebssystems, unter dem er läuft .
Zuerst bootet das Host-Betriebssystem und startet dann den Hypervisor
als Anwendung, die wiederum die Gäste lädt. Beispiele
sind VM-Ware oder Virtual Box. Um das Host-Betriebssystem neu
zu starten, müssen zuerst alle Gastbetriebssysteme stoppen. Ein
Typ-1-Hypervisor hingegen läuft ohne weiteres OS direkt auf der
Hardware. Er bootet als erstes wenn das Zielsystem startet und lädt
dann die Gast-Betriebssysteme. Die meisten heute am Markt verfügbaren
Embedded-Hypervisoren gehören zu dieser Kategorie.
Ein Hypervisor kann die Gast-Betriebssysteme auf zwei Arten
virtualisieren: Hardware-Virtualisierung erfordert keine Modifi kation
des Gastbetriebssystem-Kernels. Das Gast-OS wird genau so
installiert wie seine Standalone-Version und weiß nicht, dass es auf
einem Hypervisor läuft . Der Aufwand ist minimal, allerdings sinken
Leistung und Determinismus. Paravirtualisierung hingegen
braucht einen modifi zierten Systemkernel, der sich direkt über die
Hypercall-Schnittstelle des Hypervisors mit diesem verbindet.
Leistung und Determinismus steigen. Paravirtualisierung ist notwendig,
wenn das Gast-Betriebssysteme harten Echtzeit-Anforderungen
unterliegt. Allerdings braucht der Entwickler in der Regel
Zugriff auf den Kernel-Quelltext des Gastsystems.
Manchmal erfordern es die Sicherheitsvorgaben, dass der Embedded-Hypervisor
die Gastbetriebssysteme sicher voneinander
abschirmt, ihnen die Hardware direkt zuweist oder kontrolliert,
wie Informationen und Daten zwischen den Gastsystemen übermittelt
werden. Um diese Anforderungen an Datentrennung und
Informationsfl usskontrolle zu garantieren, muss der Hypervisor
gemäß dem Separation Kernel Protection Profi le (SKPP) der NIAP
(United States National Information Assurance Partnership) im-
Bild 3: Ein Echtzeit-Kernel für Zeit- und Raumpartitionierung (hier: Lynx-OS-SE) verschafft
einzelnen Prozessen oder Prozessgruppen feste Zeitschlitze zur Ausführung.
plementiert werden. Der derzeit einzige Typ-1-Echtzeit-Hypervisor
auf dem Markt, der gemäß SKPP implementiert werden kann,
ist Lynx-Secure (Bild 2) von Lynuxworks. Ein Separation-Kernel
muss aber nicht als Hypervisor implementiert sein.
Entwicklungstools
Die meisten kommerziellen Echtzeit-Betriebssysteme unterstützen
eine IDE, häufi g ist sie Eclipse-basiert oder proprietär. Ein starkes
Toolset umfasst mindestens einen Editor mit Syntaxhervorhebung,
einen Target-Viewer, der den aktuellen Zustand des Target-Systems
in Echtzeit anzeigt, einen hoch aufl ösenden Offl ine-Target-Callrecorder
ähnlich einem Soft ware-basierten Logikanalysator sowie
einen grafi schen Debugger für Multiprocessing-Systeme, der Backtrace,
Prozessorregister- und Variablen-Anzeige unterstützt. Falls
das RTOS Core-Dumps anbietet, kann die IDE eine Core-Datei in
einen Postmortem-Debugger laden, um die genaue Quellcode-
Zeile zu identifi zieren, in der das Problem aufgetreten ist, sowie
den exakten Systemstatus zu diesem Zeitpunkt zu rekonstruieren.
Wie leicht sich ein Zielsystem in das Labor-Netzwerk integrieren
lässt, hängt unter anderem von den Konfi gurationsschnittstellen
ab. Wenn die einem typischen UNIX-System gleichen, stehen
die Chancen gut, dass die IT-Abteilung die Zielsysteme auf dem
Netzwerk ohne zusätzliches Training konfi gurieren kann.
Lizensierungsmodell
Bei der Preisgestaltung sollten Entwickler aufpassen. Einige Anbieter
behaupten zwar, dass ihre Produkte lizenzfrei sind. Bei näherer
Betrachtung stellt sich das Preismodell aber als Runtime-
Buy-Out oder als jährliche OEM-Gebühr heraus. Ein anderes
Preismodell basiert auf dem Einzelverkaufspreis des Produkts. Im
kommerziellen Markt sinken die Hardwarepreise in Laufe der Zeit,
aber die Lizenzgebühren für ein Echtzeitbetriebssystem bleiben
normalerweise konstant. Beim Einzelverkaufspreis-Modell bleiben
die Kosten also, wenn die Lizenzgebühr ein Prozent des Produktpreises
beträgt, über den Lebenszyklus des Produkts hinweg fest.
Ein guter Partner wird eine fl exible Preisgestaltung bieten.
Heutzutage kann sich kein Unternehmen falsche Entscheidungen
erlauben. Um so wichtiger ist es, mit den richtigen Tools, Systemen
und Partnern zu arbeiten. Als Entscheidungshilfe mag obiger
Kriterienkatalog dienen. (lei) ■
Der Autor: John Patchin ist Manager –
System Engineers bei Lynuxworks Inc.
in San Jose, Kalifornien.
58 elektronikJOURNAL 11 / 2010
www.elektronikjournal.com
Bilder: Lynuxworks