[論文レビュー] EPICS: A Retrospective on Porting iocCore to Multiple Operating Systems

M.R. Kraimer, James B. Anderson+2 more|ArXiv.org|Nov 8, 2001

Smart Grid Security and Resilience参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、元々vxWorksに限定されていたEPICSのiocCoreをRTEMS、Solaris、Linux、WinNTを含む複数のオペレーティングシステムへ成功裏に移植した経緯についてのレビューを提示している。ハードウェアおよびOS依存性をモジュラーで移植可能なアーキテクチャによって抽象化することで、著者たちはリアルタイム性能と決定論的動作を維持したままクロスプラットフォームでの展開を可能にした。これにより、EPICSの多様な制御システム環境における応用範囲が著しく拡大された。

ABSTRACT

An important component of EPICS (Experimental Physics and Industrial Control System) is iocCore, which is the core software in the IOC (input/output controller) front-end processors. At ICALEPCS 1999 a paper was presented describing plans to port iocCore to multiple operating systems. At that time iocCore only supported vxWorks, but now it also supports RTEMS, Solaris, Linux, and WinNT. This paper describes some key features of how iocCore supports multiple operating systems.

研究の動機と目的

• EPICS iocCoreを元来のvxWorks基盤にとどまらず、多様なオペレーティングシステムで動作可能にするため。
• 多様なOS環境間でリアルタイム性能と決定論的動作を維持するという課題に取り組むため。
• OS固有の詳細を抽象化しながら低レベル制御機能を保持する、移植性に優れたモジュラーなソフトウェアアーキテクチャを構築するため。
• OS互換性の向上により、EPICSを実験物理学および産業制御システムにおける広範な展開を可能にするため。
• 将来のシステム拡張性および保守性を高めるために、移植プロセスから得た教訓を文書化するため。

提案手法

• iocCore内にOS固有のシステムコールおよびデバイスドライバを、移植可能なOS非依存レイヤーに抽象化した。
• コアロジックとOS依存コンponentsの間を明確に分離したモジュラーなソフトウェアアーキテクチャを設計した。
• 一貫性を確保するため、既存のEPICSソフトウェアパターンおよびコンポーネント指向設計原則を活用した。
• 統一されたインターフェースを用いて、統合テストおよびリアルタイム性能ベンチマークを通じて、RTEMS、Solaris、Linux、WinNTで実装を検証した。
• 移植プロセス中に、既存のEPICSアプリケーションおよびIOC設定との後方互換性を維持した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 リアルタイム制御システムコアを、パフォーマンスと決定論的動作を保持したまま複数のオペレーティングシステムに効果的に移植する方法は何か？
• RQ2 低レベル制御と応答性を損なわずに、OS間での移植性を実現するためのアーキテクチャパターンは何か？
• RQ3 Linux や WinNT などの非-vxWorks環境に iocCore を適応させる際の主な課題とトレードオフは何か？
• RQ4 モジュラー抽象化レイヤーは、異種オペレーティングシステム間で一貫した動作をどのように保証するか？
• RQ5 移植プロセスから得た教訓は、将来の移植可能な制御システムソフトウェア開発をどのように支援するか？

主な発見

• iocCoreは、vxWorks、RTEMS、Solaris、Linux、WinNT の合計5つのオペレーティングシステムに成功裏に移植され、現在は正常に稼働している。
• モジュラー抽象化レイヤーにより、OS固有のコードが効果的に分離され、保守的かつスケーラブルなクロスプラットフォームサポートが可能になった。
• すべてのターゲットオペレーティングシステムでリアルタイム性能と決定論的動作が維持され、制御システムアプリケーションの要件を満たした。
• 移植作業により、EPICSの展開の柔軟性が著しく向上し、より広範な実験的および産業用制御環境での利用が可能になった。
• アーキテクチャ的アプローチは、強固で再利用可能であり、将来のOS拡張および強化の基盤を提供した。
• 回顧録では、慎重な設計と段階的検証が、マルチOS移植作業の成功に不可欠であったことが強調された。