エクストラトゥム

エクストラトゥム

XtratuM アーキテクチャ
開発者	リアルタイム システム グループ。バレンシア工科大学
タイプ	安全性が重要なシステム向けのハイパーバイザー
ライセンス	GNU GPL-2.0
Webサイト	詳しくはこちら

XtratuMは、LEON2/3/4（SPARC v8）、ARM v7およびV8プロセッサ（TMS570、R5、A9、A52、A53）、RISC-Vプロセッサの命令セットで利用可能な組み込み リアルタイムシステム用に特別に設計されたベアメタルハイパーバイザーです。^[1]

当初はバレンシア工科大学(スペイン)によって開発されました。XtratuM は、 GNU 一般公衆利用許諾書(GPL) バージョン 2 以降 の要件に従い、無料のオープン ソース ソフトウェアとしてリリースされました。

XtratuMの新バージョン（XtratuM New Generation XNG）は、fentISSによって独自ライセンスの下で商品化され、重要なシステム向けに認定されています。 ^[1]

XtratuM は、組み込みシステムが安全性が極めて重要なリアルタイム要件を満たすように設計されたハイパーバイザーです。堅牢なパーティション化された環境で複数のオペレーティング システム(またはリアルタイム エグゼクティブ)を実行するためのフレームワークを提供します。XtratuM は、 MILS (複数の独立したセキュリティ レベル) アーキテクチャの構築に使用できます。

XtratuM という名前は、地層 (stratum)という言葉に由来しています。地質学および関連分野では、次の意味を持ちます。

隣接する層と区別される、内部的に一貫した特性を持つ岩石または土壌の層。

Linux およびオープンソース運動との密接な関係を強調するため、「S」が「X」に置き換えられました。XtratuM はソフトウェアの最初の層 (ハードウェアに最も近い層) となり、システムの残りの部分に強固な基盤を提供します。

XtratuM 1.0 は当初、時間的および空間的なパーティショニング要件を満たすためにRTLinux HAL (ハードウェア抽象化レイヤー) の代替として設計されました。目標は、複数の OS を同時に実行するために必須のハードウェア デバイスを仮想化することで、これらの OS のうち少なくとも 1 つは RTOS です。その他のハードウェア デバイス (ブートを含む) は、ルート ドメインと呼ばれる特別なドメインに残されました。

この経験を経て、Linux から独立し、起動可能になるように再設計されました。その結果、準仮想化を使用するタイプ 1 ハイパーバイザーである XtratuM 2.0 が誕生しました。 準仮想化操作は、ハードウェアに可能な限り近いものになっています。そのため、ネイティブ システムで既に動作しているオペレーティング システムを移植するのは簡単な作業です。オペレーティング システム HAL の一部を対応するハイパーコールに置き換えるだけです。

重要なリアルタイム組み込みシステム用のハイパーバイザーの設計は、次の基準に従います。

• 強力な時間的分離: 固定周期スケジューラ。
• 強力な空間分離: すべてのパーティションはプロセッサ ユーザー モードで実行され、メモリを共有しません。
• 基本的なリソース仮想化: クロックとタイマー、割り込み、メモリ、CPU、特殊デバイス。
• パーティション スケジューリングのためのリアルタイム スケジューリング ポリシー。
• パーティションの効率的なコンテキストスイッチ。
• 決定論的なハイパーコール (ハイパーバイザー システム コール)。
• ヘルスモニタリングのサポート。
• 堅牢で効率的なパーティション間通信メカニズム (サンプリング ポートとキューイング ポート)。
• オーバーヘッドが低い。
• 小型。
• 構成ファイル (XML) による静的システム定義。

組み込みシステム、特に航空電子工学システムの場合、ARINC 653標準でパーティション スキームが定義されています。この標準はハイパーバイザーの動作方法を説明するために設計されたものではありませんが、モデルの一部はハイパーバイザーによって提供される機能に非常に近いものです。

XtratuM API と内部操作はARINC 653標準に似ています。XtratuM はARINC 653準拠のシステムではありません。この標準は、パーティションの API と操作の両方と、各パーティション内でスレッドまたはプロセスを管理する方法を定義する 分離カーネルの概念に依存しています。

XtratuMハイパーバイザーは、LEON 2/LEON 3/LEON 4（SPARCv8）およびCortex R4/Cortex R5/Cortex A9（ARMv7）アーキテクチャをサポートしています。^[1]

実行環境としての XtratuM サポート:

• ベアCアプリケーション用のXAL（XtratuM抽象化レイヤー）
• POSIX PSE51 パーティクル RTOS
• ARINC-653 P1準拠LITHOS RTOS
• ARINC-653 P4準拠uLITHOSランタイム
• エイダ・レイヴンズカーのプロフィール ORK+ ^[2]
• RTEMS
• リナックス

• カーネルベースの仮想マシン
• L4 マイクロカーネル
• ゼン
• 準仮想化
• ナノカーネル

• XtratuM 公式ページ
• フェンティス