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【MCPC1級】7-2オペレーティングシステム

今日もMCPC1級テキストをまとめていきます。
最近はMCPCばかりですけど、一陸技もアップします^^;


モバイルシステム技術テキスト エキスパート編―MCPCモバイルシステム技術検定試験1級対応モバイルシステム技術テキスト エキスパート編-MCPCモバイルシステム技術検定試験1級対応
(2008/08)
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今回のテーマはOSです。
携帯端末に採用されるリアルタイムOSが6つほど紹介されています。
それぞれのRTOSの特徴や利点をおぼえておきましょう☆


第Ⅱ部 端末・アプリケーション
第7章 端末プラットフォーム・ソフトウェア技術
7-2 オペレーティングシステム


[1]RTOSとカーネル

プロセッサの処理能力が低く、メモリも小さな携帯端末では、
ハードウェア資源を有効に活用するために、
組込みOSはRTOSを採用する。

 RTOS(Real Time Operating System)
 :一定時間以内に応答を必要とするリアルタイムシステムのためのOS。
  携帯端末においては、通信・通話処理をしながら、
  画面表示とキー操作処理を並列して受付け、
  システム全体が滞りなく動作させるためのOSと言える。


(1)カーネルとタスク

カーネル
:タスクやメモリの管理,プロセス間通信といった機能を提供し、
 コンピュータ上の資源を効率よく運用し、
 ソフトウェアを円滑に動作させることを可能とする。

 例えば、通信を処理するタスク,画面描画タスク,音を鳴らすタスクなど、
 複数のタスクを高速に切り替えながら、並列動作しているように見せる。

 タスク
 :カーネルにおける処理の実行単位を意味する。
 
  [タスクの状態]
  ・停止状態
  ・実行待ち状態
  ・実行中


[カーネルの役割]
ディスパッチャ:タスクの実行切り替えを行う。
スケジューラ:タスクの実行順序を管理する。

RTOSでは、タスクはプライオリティ(優先順位)が割当てられる。


(2)割込みとタスク・プライオリティ

デバイスドライバを通じてハードウェアから緊急に処理するイベント(着信通知など)が
通知された場合は、割込みを活用する。
割込みが発生すると、
 実行中のタスクは休止され、
 割り込みタスクが強制的に処理し、
 処理を終えると休止タスクの続きに制御を戻す。


(3)タスク管理とシステムコール

カーネルがシステムコールを活用し、
タスクにタスク管理機能やタスク間通信制御機能を提供することで、
あるタスクが他のタスクを制御することができる。

[タスク管理]

 ・タスクが他のタスクを実行・休止する
 ・並列に処理しているタスク間で同期をとる
 ・タスク間でデータを受け渡す



(4)RTOSのイベント

イベントによって処理が起動する方式をイベントドリブン方式という。
RTOSではイベント管理機能を提供して複数のタスクのスケジュールを制御できる。


(5)プリエンプションとリアルタイム制御

プリエンプション
:タスクに与えられた実行権限の時間が経過すると、
 そのタスクは強制的に中断され、他のタスクが実行されること。
 通常のプリエンプションではシステムコール中に実行順序を調整できない。

カーネルレベル・プリエンプション.
:システムコール処理中でもスケジューラが実行順序を調整できるようし、
 切り替えてほしいタスクに制御を移すこと。
 RTOSでよく採用される。


(6)タスクとチップ構成

処理速度の面では2チップ構成が有利であるが、
その場合、モバイル端末システムにおいては、
ベースバンドチップとアプリケーションチップの間で同期を取って、
タスク間が適切にスケジュールされて動作できる設計が重要である。


(7)RTOSカーネルの役割とその取り扱い

RTOSによるリアルタイム性を実現する機能

 ・カーネルによるタスク・プライオリティの管理
 ・システムコールによるタスク間通信
 ・イベントドリブン
 ・カーネルレベル・プリエンプション



[2]Linux OS

Linux OSはUNIXを参考にして開発された、
オープンソースのサーバやPC向けのOSである。

LunuxカーネルはRTOSとしては設計されていないが、
カーネルレベル・プリエンプションを実現したベージョンを採用することなどによって、
カーネルの反応速度を上げることも可能となっている。

【利点】
インターネットやGUIといった複雑な機能を持つアプリケーションを比較的開発しやすい。


組込み機器としては比較的大きなメモリと、
強力なプロセッサを搭載した機器で採用される。

 ・NTTドコモの一部のFOMA端末
 ・シャープの「ザウルス・シリーズ」


[3]REX OS

REX OSはQualcomm社のベースバンドチップ「MSMシリーズ」上で動作するOSである。
チップとOSを同じ会社が設計しているため、設計や開発の一貫性が高くなっている。

【利点】
・REX OSはチップの機能を最大限に引き出せるように設計されており、
消費電力を抑えつつも、高い性能を実現できる。
・BREWによって高機能なネイティブアプリケーションを開発すると、
多くの機種で同じプログラムを動作せることが可能となる。


KDDIの携帯電話端末では、
Qualcomm社のチップとREX OSを採用し、
BREWアプリケーションによるサービスを展開している。


[4]μITRON

μITRONはTRONプロジェクトで組込み機器向けOS仕様で、PDCに多く採用されたOSである。
RTOSとカーネルにある機能を最も典型的な形でまとめられている。

【利点】
・メモリサイズが小さく、リアルタイム性能が高い。
・一度採用すればソフトウェア資産として後継機種に展開しやすい。
・高速なチップを使えない機種において性能を引き出しやすい。



[5]Symbian OS

Symbian OSは英国のSymbian社が設計・開発した携帯電話向けOSである。
PDA向けに開発されたこともあり、プロセッサが強力でメモリサイズが大きい端末で
最も力を発揮するOSといえる。

【利点】
・表現豊かなGUI操作やインターネット接続処理を多用し、
音楽や動画の再生など豊富なアプリケーションを要求する機種に向く。
・豊富な機能を実現するためのライブラリも提供されているため、
開発効率を上げながらコストを抑えられる。


Symbian OSはGUIを切り離して提供しているため、
採用するメーカによってGUIの実装が異なる。

・GUIツールを導入した場合
 →PCやPDAのような使用感を実現しやすい。
  ただし、Symbian OSを採用する以前の端末とは使用感が異なるUIとなりやすい
・メーカがGUIを実装した場合
 →Symbian OS導入以前の端末で築いてきた使用感を継承するUIにすることができる。


[6]Windows

Windows Mobileは、RTOSであるWindows CEをベースに
Microsoft社がスマートフォン向けに開発したOSパッケージである。

【利点】
・OSの機能だけでなく、Office Mobile等のアプリケーションを標準で提供する。
・開発環境やサーバ連携のしやすを追求している。



[7]ハイブリッドOS

ハードウェア上では、リアルタイム性の優れたμITRONを動かし、
μITRON上のタスクとしては、
GUIやインターネット等の豊富なライブラリを提供する
LinuxカーネルやWindows Mobileを動作させる。


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