Nucleus RTOS

Nucleus RTOS - это операционная система реального времени (RTOS), разработанная подразделением встроенного программного обеспечения компании Mentor Graphics , подразделение Siemens , поддерживающая 32- и 64-разрядные встроенные платформы. Операционная система (ОС) предназначена для реального времени встраиваемых систем для медицинских, промышленных, бытовых, аэрокосмических и Интернет вещей (ВГД) использования. Nucleus был впервые выпущен в 1993 году. Последняя версия - 3.x, включает такие функции, как управление питанием , модель процесса, 64-разрядная поддержка, сертификация безопасности и поддержка многоядерных гетерогенных вычислений.система на кристалле (SOC) процессоры.

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

Поддерживаемые платформы [ править ]

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

История [ править ]

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

Mentor Graphics приобрела ATI в марте 2002 года, вскоре за этим 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 инструменты компилятора , 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), так и для микроконтроллеров (MCU), процессоров цифровых сигналов (DSP) и программируемых вентильных матриц (FPGA). Для устройств с ограниченными ресурсами памяти Nucleus был разработан для уменьшения размера памяти до <10 килобайт (КБ) как для кода, так и для данных.

Nucleus 3.x представил поддержку симметричной многопроцессорной обработки (SMP) и асимметричной многопроцессорной обработки (AMP) как неконтролируемого uAMP, так и контролируемого sAMP (с использованием Mentor Embedded Hypervisor ). Другие дополнения в Nucleus 3.x:

• Интегрированная поддержка управления питанием для компонентов ядра и промежуточного программного обеспечения ; включает поддержку DVFS, подавления тиков и спящих режимов, включая гибернацию .
• Модель процесса для разделения памяти для поддержки динамической загрузки и выгрузки модулей приложения. Загружаемые процессы поддерживаются как на высокопроизводительных MPU, так и на младших микроконтроллерах с поддержкой аппаратного управления памятью или без нее.
• Беспроводная поддержка
• Протоколы Интернета вещей
• Сертификат безопасности для аэрокосмической, медицинской, промышленной и автомобильной промышленности.
• Поддержка ARM TrustZone
• Встроенная многоядерная структура Mentor для управления жизненным циклом IPC и процессора для проектов AMP (как контролируемый sAMP, так и неконтролируемый uAMP)
• Поддержка трассировки времени выполнения с помощью инструментов анализа на стороне хоста

В дополнение к новым функциям в версии 3.x, Nucleus переместил бизнес-модель из меню в один унифицированный пакет.

Mentor приобрел CodeSourcery в декабре 2010 года, чтобы заменить инструменты разработки EDGE на Sourcery CodeBench . Sourcery CodeBench включает в себя цепочку 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.

Nucleus 3.x представил унифицированную систему сборки и конфигурации, в которой ядро ​​настраивается с помощью одного файла и строится как единая 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 [ править ]

Компоненты Nucleus RTOS включают:

1. Ядро
2. Услуги
3. Связь
4. Файловая система
5. Сети
6. IoT Framework
7. Беспроводной
8. Безопасность
9. UI и графика

Ядро [ править ]

• Ядро реального времени с упреждающим планированием на основе приоритетов
• Поддержка динамического связывания с использованием загружаемых модулей
• Интерфейсы C ++ , POSIX и microITRON
• SMP / AMP (контролируемый и неконтролируемый)
• Поддержка SMP и контроль времени выполнения для привязанной области вычислений и привязки к ядрам процессора для задач и прерываний
• Поддержка 64-битных архитектур
• Возможность масштабирования для устройств с ограниченным объемом памяти
• Встроенная структура управления питанием
• Исходный код для всех компонентов

Услуги [ править ]

• Инициализация на уровне выполнения и реестр
• POSIX: ядро, сеть и файловая система
• Оболочка и трассировка
• Агент отладки
• C ++
• Услуги по управлению питанием

Связь [ править ]

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

• USB 2.0 и 3.0
• Стеки USB Host, Function и On-The-Go (OTG)
• Bluetooth со множеством расширенных профилей ( A2DP , AVRCP , HFP , HSP и т. Д.)
• Соединение периферийных компонентов (PCI), PCI-X и PCIe
• Сеть контроллеров (CAN) и CANopen
• Secure Digital (SDIO)
• SPI, QSPI
• Межинтегральная схема ( I²C )

Файловая система [ править ]

В отличие от Windows и Unix-подобных операционных систем, Nucleus не требует для работы файловой системы . Однако для сложных задач, требующих локального хранилища, Nucleus поддерживает несколько файловых систем, включая FAT, SAFE (отказоустойчивый) и LWEXT.

Несколько одновременных файловых систем [ править ]

• Таблица размещения файлов ( FAT )
• БЕЗОПАСНЫЙ (отказоустойчивый источник питания высокой надежности)
• LWEXT
• Возможность установки сторонних файловых систем

Поддержка нескольких носителей [ править ]

• CD-ROM
• Жесткий диск
• RAM-диск
• NOR и NAND мигают
• USB-накопитель
• SD MMC

Nucleus обеспечивает поддержку различных файловых систем и носителей с помощью прикладного программного интерфейса (API) виртуальной файловой системы, который обеспечивает доступ к поддерживаемым файловым системам и устройствам хранения с использованием одних и тех же вызовов функций независимо от основного формата хранения.

Сеть [ править ]

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

• 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 (PPoE)
• Протокол передачи файлов (FTP), Telnet , Secure Shell (SSH)
• Простой протокол сетевого управления (SNMP]], протокол сетевого времени (NTP)
• Протокол передачи гипертекста (HTTP) и HTTPS
• JSON - XML , WebSockets

Безопасность [ править ]

Nucleus поддерживает широкий спектр вариантов шифрования для безопасного обмена данными для 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 по объему памяти. ^[3] Протоколы безопасности для защиты передаваемых данных включают IPsec / IKE, SSH / SSL / TLS / DTLS. Шифрование включает DES, 3DES, AES, SHA-256. Алгоритмы шифрования с открытым ключом включают RSA. Поддержка включает X.509, RADIUS и 802.1X.

Беспроводная связь [ править ]

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

• IEEE 802.11 a / b / g / n
• IEEE 802.15.4
• Bluetooth, Bluetooth LE

Графика пользовательского интерфейса [ править ]

Nucleus 3.x поддерживает OpenGL и ведущие сторонние библиотеки пользовательского интерфейса. Nucleus поддерживает платформу Qt UI, которая была оптимизирована для размера кода и интегрирована в CodeBench для отладки и трассировки. Другие поддерживаемые пользовательские интерфейсы включают Embedded Wizard и Socionext CGI Studio .

Интернет вещей [ править ]

Последние выпуски Nucleus включают поддержку HTTPS, протокола ограниченного приложения (CoAP), MQTT и 6LoWPAN .

Nucleus также объявила о поддержке инфраструктуры облачных вычислений Microsoft Azure.

Промышленное [ править ]

Nucleus интегрирован со сторонними промышленными стеками от лидеров отрасли. Поддержка промышленного стека включает хост и клиент с унифицированной архитектурой OPC (OPC UA), а также EtherNet / IP от Softing и EtherCAT от KoenigPa .

Многоядерный [ править ]

Nucleus поддерживает режим асимметричной многопроцессорной обработки (AMP) и режим симметричной многопроцессорности (SMP) для ведущих 32- и 64-разрядных гетерогенных многоядерных процессоров 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 программ без операционной системы (металлических), распределенных 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 влечет за собой создание экземпляра Nucleus RTOS для одновременного управления несколькими ядрами. Nucleus может распределять свои операции по всем ядрам многоядерного устройства или любому подмножеству ядер. Для этой цели Nucleus предлагает поддержку API среды выполнения для связанной области вычислений, а также задачи управления и привязки прерываний для основного назначения.

Пакеты продуктов [ править ]

Nucleus RTOS упакована следующим образом:

• Nucleus ReadyStart Edition ReadyStart, который включает в себя систему времени выполнения , промежуточное ПО , BSP (все в исходном коде) и IDE, отладчик, инструменты компиляции, пакет трассировки в одном пакете. Nucleus Ready Start поставляется в версиях для ARM, MIPS и PPC. Nucleus ReadyStart добавляет в CodeBench специализированные плагины eclipse, чтобы обеспечить упрощенные рабочие процессы сборки и настройки и улучшения отладки, включая осведомленность о ядре, поддержку загружаемых модулей, инструменты трассировки и профилирования.
• Nucleus Source Code Edition содержит систему времени выполнения и промежуточное ПО, упакованные для поддержки уникальных архитектур и / или различных цепочек инструментов.

Сертификат безопасности [ править ]

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

Примеры устройств, использующих продукты Nucleus, включают:

• New Horizons , межпланетный космический зонд ^[4]
• Honeywell для критически важных технологий осведомленности о местности в авиационной отрасли ^{[ необходима цитата ]}
• Ручной караоке- плеер IVL Technologies использует Nucleus PLUS ^[5]
• Logitech использует его в своих портативных цифровых видеокамерах Pocket Video ^{[ необходима цитата ]}
• SK Telecom впервые начала коммерциализацию технологии множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA) в Корее ^{[ необходима цитата ]}
• Наборы микросхем на базе двух процессоров Mediatek Dual SIM, которые можно найти в большинстве китайских телефонов ^{[ необходима цитата ]}
• Мобильный телефон высокой четкости NEC ^{[ необходима ссылка ]}
• Семейство мультисервисных агрегаторов ASC RBOX использует Nucleus PLUS ^[6]
• Серии TI-Nspire карманные калькуляторы использовать Nucleus в качестве основы своей операционной системы ^[7]
• Telephonics использует его в программе модернизации авионики USAF C-130, системе SDI и программе 767 Tanker Program, авиационной системе связи ^[8]
• Garmin International разработает навигационную систему глобального позиционирования (GPS) CNX80 для авиации общего назначения ^{[ необходима ссылка ]}
• Большое количество мобильных телефонов Motorola, Samsung, LG, Siemens / Benq, Sagem и NEC ^{[ необходима ссылка ]}
• Пользовательский интерфейс S-класса на LG Pop, Arena и т. Д. ^{[ Необходима ссылка ]}
• Intellon Home Plug AV ^{[ необходима ссылка ]}
• Crestron Electronics на своих более старых процессорах систем управления 2-й серии ^[9]
• BSS Audio в их ассортименте Soundweb London . ^[10]
• Более поздние версии линейки продуктов Creative ZEN ^{[ требуется ссылка ]}
• Infineon набор микросхем S-Gold2 используется в Siemens телефонов: S75, E71, M81 и т.д. ^[11]
• Infineon модулирующего чип S-Gold2 используется в Apple, iPhone ^[12]
• Утилита для определения местоположения приемника Metrotech i5000 ^{[ необходима ссылка ]}
• Линия Creative Zen Vision ^{[ необходима ссылка ]}
• Технология Intel Active Management , встроенный контроллер vPro ^{[ необходима ссылка ]}
• Видео и телефония Tandberg MXP ^[13]
• Система анестезии Datex-Ohmeda Avance ^{[ необходима ссылка ]}
• Дефибрилляторы Zoll Medical Corporation ^{[ необходима ссылка ]}
• Устройства на платформе Samsung bada ^{[ необходима ссылка ]}
• Монитор пациента Mindray Early, ультразвуковое устройство и гематологический анализатор ^{[ необходима ссылка ]}

См. Также [ править ]

• Сравнение операционных систем реального времени

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• Официальный веб-сайт