カーネルオブジェクト（ETロボコン向けTOPPERS活用セミナー2-2）

TOPPERSプロジェクト認定 12012/06/02
2.2 カーネルオブジェクト
安積卓也（⽴命館⼤学）
最終更新⽇ : 2012/ 5/18

概要
• カーネルオブジェクトのコンポーネント化
– 例：タスクの利⽤
• 複合コンポーネント
– 周期タスク
• 例：周期タスクを利⽤したカウントアッププログラム
– 初期化ルーチン
• require カーネルセルタイプ

カーネルオブジェクトのコンポーネント化
• カーネルオブジェクト
• 例：タスクの利⽤

• カーネルオブジェクト⼀覧
アクティブなセルタイプ
– タスク
– 初期化処理ルーチン
– 終了処理ルーチン
– 割込みサービスルーチン
– 周期ハンドラ
– アラームハンドラ
その他のセルタイプ
– セマフォ
– イベントフラグ
– データキュー
– 優先度データキュー
– 固定⻑メモリプール
– 割込み要求ライン
– カーネル

– タスク
– セマフォ
• 利点
– 静的APIを⾃動⽣成
– ソフトウェアの部品化を
促進テンプレート
コード
TECS CDL(コンポーネント記述言語)
シグニチャ記述
（インタフェースの定義）セルタイプ記述
（コンポーネントの定義）組上げ記述
（コンポーネントの
構成の定義）
TECS
ジェネレータ
ヘッダ
インタフェース
コード
Ｃコンパイラ
セルタイプコード
ソースコード）
リンカ
アプリケーション
開発者
コンポーネント
開発者
アプリケーションモジュ
ール
コンポーネント図
製品エンドユーザー
仕様開発者
仕様の
規定
設計
設計
利用
カーネル設定
ファイル
コンフィギュレータ
カーネル設定
コード

– タスク
– セマフォ
• 利点
– 静的APIを⾃動⽣成
– ソフトウェアの部品化を
促進テンプレート
コード
TECS CDL(コンポーネント記述言語)
シグニチャ記述
（インタフェースの定義）セルタイプ記述
（コンポーネントの定義）組上げ記述
構成の定義）
TECS
ジェネレータ
ヘッダ
インタフェース
コード
Ｃコンパイラ
セルタイプコード
ソースコード）
リンカ
アプリケーション
開発者
開発者
アプリケーションモジュ
ール
コンポーネント図
製品エンドユーザー
仕様開発者
仕様の
規定
設計
設計
利用
カーネル設定
ファイル
コンフィギュレータ
カーネル設定
コードタスク
CRE_TSK(TSKID_tTask_LogTask_Task,
{ TA_ACT, &tTask_CB_tab[0], tTask_start_task, 3, 131072, NULL });
周期ハンドラ
CRE_CYC( CYCHDLRID_tCyclicHandler_CyclicHandler,
{ TA_NULL, &tCyclicHandler_CB_tab[0], tCyclicHandler_start, 2000, 0 } );
セマフォ
CRE_SEM(SEMID_tSemaphore_SerialPort1_ReceiveSemaphore, { TA_NULL, 0, 1 });

タスクのシグニチャ記述(⼀部抜粋)
/* タスク本体を呼び出すためのシグニチャ*/
signature sTaskBody {
void main(void);
};
/* タスク例外処理ルーチン本体を呼び出すシグニチャ*/
signature sTaskExceptionBody {
void main([in] TEXPTN pattern);
};
/* タスクを操作するためのシグニチャ（タスクコンテキスト⽤）*/
signature sTask {
ER activate(void);
ER_UINT cancelActivate(void);
ER terminate(void);
...
};
/* タスクを操作するためのシグニチャ（⾮タスクコンテキスト⽤） */
signature siTask {
ER activate(void);
ER wakeup(void);
...
};
asp+tecs/include/kernel.cdl

タスクのセルタイプ定義(前半)
[active]
celltype tTask {
[inline] entry sTask eTask; /* タスク操作（タスクコンテキスト⽤）*/
[inline] entry siTask eiTask; /* タスク操作（⾮タスクコンテキスト⽤）*/
call sTaskBody cBody; /* タスク本体 */
[optional] call sTaskExceptionBody cExceptionBody;
/* タスク例外処理ルーチン本体 */
attr{
};
factory {
};
FACTORY {
};
};
[inline]で指定された受け⼝はinline関数として実装する
⽣成されるテンプレートコードもinline関数が⽣成される
[optional]で指定された呼び⼝は未結合を許す
セルタイプコード（Ｃ⾔語の実装コード）では、
呼び出す前に結合されているかの確認をする必要がある

[optional]の例
void tTask_start_exception(TEXPTN texptn, intptr_t exinf)
{
CELLCB *p_cellcb = (CELLCB *) exinf;
if(is_cExceptionBody_joined()){
cExceptionBody_main(texptn);
}
}
asp+tecs/tecs_kernel/tTask.c
[active]
celltype tTask {
...
[optional] call sTaskExceptionBody cExceptionBody;
/* タスク例外処理ルーチン本体 */
...
};
結合されているかどうか？

タスクのセルタイプ定義(後半)
celltype tTask {
...
attr{
ID id = C_EXP("TSKID_$id$");
[omit] ATR taskAttribute = C_EXP("TA_NULL");
[omit] ATR exceptionAttribute = C_EXP("TA_NULL");
[omit] PRI priority;
[omit] SIZE stackSize;
};
factory {
write("tecsgen.cfg",
"CRE_TSK(%s, { %s, $cbp$, tTask_start_task, %s, %s, NULL });",
id, taskAttribute, priority, stackSize);
};
FACTORY {
write("tecsgen.cfg", "#include ¥"$ct$_tecsgen.h¥"");
};
};
各セルごとに出力
セルタイプで一度だけ出力
C_EXP(“”);はＣ⾔語での表現
コンポーネント記述で意味解釈をしないことを⽰す

celltype tTask {
...
factory {
"CRE_TSK(%s, { %s, $cbp$, tTask_start_task, %s, %s, NULL });",
};
FACTORY {
write("tecsgen.cfg", "#include ¥"$ct$_tecsgen.h¥"");
};
};
ファクトリ
• セル（コンポーネント）⽣成時に静的APIなどを
開発者が意図的に出⼒するために使⽤する
出力したいファイル名出力内容
printf形式で出力

ファクトリでの名前置換
ID id = C_EXP(“TSKID_$id$”);
write("tecsgen.cfg","CRE_TSK(%s, { %s, $cbp$, tTask_start_task, %s, %s, NULL });",
$id$ … セルタイプ名とセル名を '_' で連結したものに置換
$cell$ … セル名に置換
$cb$ … セルの CB の C ⾔語名に置換
$cbp$ … セルのCB へのポインタ(CB が⽣成されない場合はNULL に置換)
$cb_proto$ … セルの CB の C ⾔語名（プロトタイプ宣⾔⽤）に置換
$ct$ … セルタイプ名に置換
$idx$ … セルの CB の IDX (idx_is_id の場合は整数、そうでない場合は CB へのポインタ)に置換
$ID$ … セルの ID(idx_is_id の場合 IDX に⼀致)に置換
$$ … $ に置換
CRE_TSK(TSKID_tTask_MainTask, { TA_ACT, &tTask_CB_tab[1],
tTask_start_task, MAIN_PRIORITY, STACK_SIZE, NULL });
例えば、セルタイプ名tTask、セル名MainTaskの場合
セル名セルタイプ名
tecsgen.cfg

tecsgen.cfg
i
INCLUDE("target_timer.cfg");
INCLUDE("syssvc/banner.cfg");
#include "tSample1.h"
#ifdef CPUEXC1
DEF_EXC(CPUEXC1, { TA_NULL, cpuexc_handler });
#endif /* CPUEXC1 */
tSample1.cfg
INCLUDE("tecsgen.cfg");
#include "cb_type_only.h"
#include "tTask_tecsgen.h"
CRE_TSK(TSKID_tTask_LogTask_Task, { TA_ACT, &tTask_CB_tab[0],
tTask_start_task, 3, 131072, NULL });
DEF_TEX(TSKID_tTask_LogTask_Task, { TA_NULL,
tTask_start_exception });
...
#include "tInitializeRoutine_tecsgen.h"
ATT_INI({ TA_NULL, NULL, tInitializeRoutine_start });
#include "tTerminateRoutine_tecsgen.h"
ATT_TER({ TA_NULL, NULL, tTerminateRoutine_start });
#include "tISR_tecsgen.h"
ATT_ISR({ TA_NULL, NULL, 2, tISR_start, 1 });
CFG_INT( 2,{ TA_NULL, -2});
#include "tCyclicHandler_tecsgen.h"
CRE_CYC( CYCHDLRID_tCyclicHandler_CyclicHandler, {
TA_NULL, &tCyclicHandler_CB_tab[0], tCyclicHandler_start, 2000, 0 } );
#include "tAlarmHandler_tecsgen.h"
CRE_ALM(ALMHDLRID_tAlarmHandler_AlarmHandler,
{ TA_NULL, &tAlarmHandler_CB_tab[0], tAlarmHandler_start});
CRE_SEM(SEMID_tSemaphore_SerialPort1_ReceiveSemaphore, {TA_NULL, 0, 1});
CRE_SEM(SEMID_tSemaphore_SerialPort1_SendSemaphore, { TA_NULL, 1, 1 });
#include "syssvc/tLogTask.h"
ATT_TER({ TA_NULL, 0, tLogTask_terminate });

タスクセルの使い⽅
• タスクのインスタンスの記述
①タスク処理本体と結合
②タスクの属性の設定：カーネル起動時のタスクの状態
• TA_ACT：実⾏可能状態
• TA_NULL(デフォルト)：休⽌状態
③タスクの優先度：1が最⾼優先度
④スタックサイズ：バイト
cell tTask MainTask {
/* 呼び⼝の結合 */
cBody = Sample1.eMainTask; //①
/* 属性の設定 */
taskAttribute = C_EXP(“TA_ACT”); //②
priority = MAIN_PRIORITY;//③
stackSize = STACK_SIZE; //④
};
記述の順番は
結合と属性の設定
どちらが先でもよい

• 例：タスクの利⽤

例：タスクセルの利⽤
• タスクセルの利⽤⽅法を理解する
– 組上げ記述
• Displayセルを利⽤する
• tSample.cdlにタスクを⽣成するコンポーネント記述
する
tHelloTaskBody
HelloTaskBody
tTask
StartTask
tDisplay
Display

タスクコンポーネントの使い⽅(組み上げ)
/*
* タスク
*/
cell tHelloTaskBody HelloTaskBody{
cDisplay = Display.eDisplay; // ディスプレイの呼び⼝
};
cell tTask StarterTask{
taskAttribute = C_EXP("TA_ACT");
priority = 5;
stackSize = 1024;
cBody = HelloTaskBody.eBody;
};
tHelloTaskBody
HelloTaskBody
tTask
StartTask
tDisplay
Display
/*
* ディスプレイ
*/
cell tDisplay Display{
width = 100;
depth = 8;
cellWidth = 6;
charWidth = (100 / 6);
charDepth = (8);
};
asp+tecs/tecs_lib/mindstorms_nxt/
tNXTMiddle_inst.cdl asp+tecs/nxt_sample/sample_hello/tSample.cdl

TECSジェネレータの設定
• tecsgen（TECSジェネレータ）へのシンボリックリ
ンクを張る
– tecs_package/asp+tecs/に移動
し、../bin/tecsgen.exeへのシンボリックリンク
tecsgen.exeを作成
$ cd tecs_package/asp+tecs/
$ ln -s ../bin/tecsgen.exe tecsgen.exe

コンパイラの設定
• 環境に依存する定義は、
target/mindstorms_nxt_gcc/Makefile.targetに記
述されおり、各⾃の環境に応じて変更する必要があ
る
1. クロスツールチェーンのパス
• 使⽤するクロスツールチェーン（GNU ARM）のパスを，
GCC_TARGETに定義する．
• デフォルト： GCC_TARGET =
/usr/local/GNUARM/bin/arm-elf
2. ダウンロードツールのパス
• NexTTool.exeのパスを，NEXTTOOLに定義する．
• デフォルト： NEXTTOOL =
/usr/local/nexttool/NexTTool.exe

ビルド⼿順
1. プロジェクトディレクトリに移動
2. TECSジェネレータの実⾏
– コンポーネントの⽣成と結合に関するファイル、
およびコンポーネントに関する定義ファイルが
gen/以下に⽣成される。
3. 依存関係
4. コンパイル＆リンク
• asp.rxeとrxe.shが⽣成される
$ cd /nxt_sample/sample_hello/
$ make tecs TECSジェネレータの実⾏
$ make depend 依存関係の更新
$ make コンパイル＆リンク

ジェネレータが⾃動⽣成するファイル
• Makefile.depend
• Makefile.tecsgen
• Makefile.templ
• global_tecsgen.h
• sDisplay_tecsgen.h
• tDisplayBody_factory.h
• tDisplayBody_templ.c
• tDisplayBody_tecsgen.c
• tDisplayBody_tecsgen.h
• tHelloTaskBody_factory.h
• tHelloTaskBody_templ.c
• tHelloTaskBody_tecsgen.c
• tHelloTaskBody_tecsgen.h
• tmp_C_src.c
依存関係
⾃動⽣成した
ファイル⽤の
Makefile
セルタイプ毎に
⾃動⽣成されるファイル
テンプレート
セルの結合コード
ファクトリ⽤ヘッダ
Makefileの
テンプレート
型の定義など
各シグニチャ
の定義
中間ファイル
TECSジェネレータが使⽤

Makefile.tecsgen
• TECSジェネレータがコンパ
イルに必要な情報を⾃動的
に⽣成する
･･･
CELLTYPE_COBJS = ¥
tTask.o ¥
tISR.o ¥
tLCD.o ¥
tDisplayBody.o ¥
tBluetoothBody.o ¥
tCheckNXTButtonBody.o ¥
tInitializeTaskNXTBody.o ¥
....
･･･
#
# TECSが⽣成する定義のインクルード
#
-include gen/Makefile.tecsgen
....
asp+tecs/nxt_sample/sample_hello/Makefile

複合コンポーネント
• 周期タスク
• 例：周期タスクセルの利⽤
• 初期化ルーチン

周期タスク
void handler(void)
{
iact_tsk(タスクＩＤ);
}
void task(intptr_t exinf)
{
タスク処理
}
CRE_CYC(CALCID_CYCHDR, {
TA_NULL, 0, vCalcIdHandler, 10, 0 });
CRE_TSK(TASK1, { TA_NULL, 0, task,
MID_PRIORITY, STACK_SIZE, NULL });
• ITRONでは、周期タスクを提供していない
• 周期タスクは、周期ハンドラがタスクを周期的に起
動することで実現している

周期タスク：複合セルタイプ（複合コンポーネント）
• 複数のセルを⼀つのセルと
して扱う技術
• 利⽤者は周期タスクセルを
⽣成するだけでよい
周期ハンドラの
処理本体
（タスク起動）
周期ハンドラタスク
周期タスク（tCyclicTask）

• 周期タスク

例：周期タスクセルの利⽤
• 周期タスクセルの利⽤⽅法を理解する
– 組上げ記述
• Displayセルを利⽤する
• Displayに数字をカウントアップする
tCounterTaskBody
CounterTaskBody
tCyclicTask
CounterTask
tDisplay
Display

周期タスクセルの使い⽅(組み上げ)
/*
cell tCounterTaskBody CounterTaskBody{
cDisplay = Display.eDisplay; // ディスプレイの呼び⼝
};
cell tCyclicTask CounterTask{
cyclicAttribute = C_EXP("TA_STA");
cyclicTime = 1000;
cyclicPhase = 1;
priority = 5;
stackSize = 1024;
cBody = CounterTaskBody.eBody;
};
/*
* ディスプレイ
*/
cell tDisplay Display{
width = 100;
depth = 8;
cellWidth = 6;
charWidth = (100 / 6);
charDepth = (8);
};
asp+tecs/tecs_lib/mindstorms_nxt/
tNXTMiddle_inst.cdl asp+tecs/nxt_sample/sample_counter/tSample.cdl
tCounterTaskBody
CounterTaskBody
tCyclicTask
CounterTask
tDisplay
Display

周期タスクセルの使い⽅
• 周期タスクのインスタンス化の記述
①周期タスクの属性の設定：カーネル起動時の周期タスクの状態
• TA_STA：起動
• TA_NULL(デフォルト)：休⽌状態
②起動周期（ミリ秒）
③起動位相
④タスクの優先度
⑤スタックサイズ
⑥タスク処理本体と結合
cell tCyclicTask CounterTask{
cyclicAttribute = C_EXP(“TA_STA”);①
cyclicTime = 1000;②
cyclicPhase = 1;③
priority = 5;④
stackSize = 1024;⑤
cBody = CounterTaskBody.eBody;⑥
};

• 周期タスク

TECSにおける初期化
1. 初期化ルーチンとセルを1対１に対応させる
• カーネルオブジェクトの初期化ルーチンを利⽤
• 例：ディスプレイ

TOPPERS/ASP+TECSの初期化順序
1. メモリ領域などの初期化
– BSS領域の初期化
– DATA領域の初期化
2. セル管理ブロックの初期化
3. ターゲット依存部の初期化
4. 各モジュールの初期
• タスクなどのカーネルオブジェクト
の初期化
5. 初期化ルーチンの実⾏
6. カーネル動作の開始
/*
* カーネルの起動
*/
void
sta_ker(void)
{
/* ターゲット依存の初期化 */
target_initialize();
/*
* 各モジュールの初期化 */
initialize_tmevt();
initialize_object();
/* 初期化ルーチンの実⾏ */
call_inirtn();
/* カーネル動作の開始*/
kerflg = true;
LOG_KER_ENTER();
start_dispatch();
assert(0);
}
asp+tecs/kernel/startup.c

初期化処理ルーチン:カーネルオブジェクト
/* 初期化処理ルーチン本体を呼び出すためのシグニチャ */
signature sInitializeRoutineBody {
void main(void);
};
/* 初期化処理ルーチン */
[active]
celltype tInitializeRoutine {
call sInitializeRoutineBody cInitializeRoutine;
attr {
[omit] ATR attribute = C_EXP("TA_NULL");
};
factory {
"ATT_INI({ %s, $cbp$, tInitializeRoutine_start });",
attribute);
};
};

⽣成される初期化ルーチンの静的API
ATT_INI({ TA_NULL, &tInitializeRoutine_CB_tab[0],
tInitializeRoutine_start });
"ATT_INI({ %s, $cbp$, tInitializeRoutine_start });",
attribute);

初期化の例
• ディスプレイの例
– Displayをインスタンス
化すれば、初期化ルーチ
ンも⾃動的に⽣成される
2010/06/20 TOPPERSプロジェクト認定 35
tDisplay
Display
DisplayBody
tInitializeRoutine
InitializeDisplay
SPI
LCD

require
カーネルセルタイプ

require
• require
– RTOSのAPIなど共通して使われる機能について、
結合を明⽰することなく使⽤できる仕組み
– require の指定先は、シングルトンのセルタイプ
の受け⼝

例：require
[singleton]
celltype tKernel{
[inline] entry sKernel eKernel;
[inline] entry siKernel eiKernel;
};
celltype tStarterTaskBody{
require tKernel.eKernel;
/*以下省略*/
};
}
void
eBody_main()
{
/*処理省略*/
delay(100);
/*処理省略*/
exitTask();
}
signature sKernel{
ER sleep(void);
ER sleepTimeout([in] TMO timeout);
ER delay([in] RELTIM delayTime);
ER exitTask(void);
ER getTaskId([out]ID *p_taskId);
/*以下省略*/
};
asp+tecs/nxt_sample/sample_seminar/
tStartTaskBody.c
asp+tecs/nxt_sample/sample_seminar/tSample.cdl

著者リスト
• カーネルオブジェクトのコンポーネント化編
• 安積卓也（⽴命館⼤学）
• 例：タスクセルの利⽤
• 安積卓也 (⽴命館⼤学）
• ⽯川拓也 (名古屋⼤学)
• ⼭⼝英之 (名古屋⼤学)
• 複合コンポーネント, 初期化ルーチン, require
• ⽯川拓也 (名古屋⼤学)

カーネルオブジェクト（ETロボコン向けTOPPERS活用セミナー2-2）

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