JPH05324385A - 入出力通信シミュレーションシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】入出力デバイス使用の通信システムにおけるハ
ードウェアの制限を受けないシミュレーション開発環境
を構築し、汎用開発マシン上で入出力デバイスを実装し
たリアルタイムシステムをシミュレーションするシステ
ムを提供する。 【構成】プロセス間同期機能、複数のプロセスが共有可
能なメモリ空間、ソフトウェア割り込み管理機能を有す
るＯＳと、実機上の通信システムをマシン上で正確にシ
ミュレーションする入出力通信システム・シミュレーシ
ョンプロセス部と、入出力デバイスごとに用意され、マ
シン上でデバイスの動作を忠実にシミュレーションする
仮想デバイスサーバを備えた仮想デバイスサーバ部から
なり、ＯＳが提供する機能を使用して、ドライバと入出
力デバイスの非同期Ｉ／Ｏ処理を入出力通信システム・
シミュレーションプロセスと仮想デバイスサーバ間の非
同期通信でシミュレーションする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、入出力通信シミュレー
ションシステムに関し、詳しくは入出力デバイス実装通
信システムのシミュレーション開発環境における仮想デ
バイスとの非同期通信を可能にしたシミュレーションシ
ステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、入出力デバイスを使用した通信シ
ステムを汎用開発マシン［例えばＵＮＩＸ（ＵＮＩＸは
登録商標）マシン］で開発する場合、ハードウェアの制
限により次の３種類の開発モデルが試みられてきた。 図１０に示すように入出力デバイスを使用できない場
合 開発マシンが入出力デバイスをサポートしていないた
め、デバイスドライバの上位層でループバックを行な
う。 図１１に示すように、入出力デバイスを使用したルー
プバック通信が可能な場合 開発マシンに１対の入出力
デバイスを装備して、通信ケーブルでデバイス間を接続
し、ループバックさせる。アプリケーションだけでなく
デバイスドライバやファームウェアの開発および通信テ
ストが実行できる。 図１２に示すように、入出力デバイスのマスターシス
テムと通信が可能な場合マスタシステムとして完成され
た通信システムを１台用意し、開発マシンと通信ケーブ
ルで接続する。上記と同様アプリケーションからデバ
イスのファームウェアまでの開発および通信テストが可
能な上、ループバックではないため動作解析が容易であ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
ないしについて次のような問題がある。すなわち、
の場合、容易に開発環境を構築できるが、デバイスドラ
イバの通信テストができないことや、複雑な通信現象を
シミュレーションできないという欠点がある。また、上
記の場合は、入出力割り込みが多発して、入出力デー
タが同一マシン内を双方向に行き来するため、動作解析
は複雑であるという問題がある。更に上記の場合は、
新規開発時にはマスタシステムが存在しないので、実用
面で問題がある。本発明の目的は、これらの問題を解消
するもので、入出力デバイスを使用する通信システムに
おけるハードウェアの制限を受けないシミュレーション
開発環境を構築し、汎用開発マシン上で通信アプリケー
ションおよびデバイスドライバの開発および通信テスト
ができ、入出力デバイスを実装したリアルタイムシステ
ムをシミュレーションすることのできる入出力通信シミ
ュレーションシステムを提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、プロセス間同期機能、複数のプロセ
スが共有可能なメモリ空間、ソフトウェア割り込み管理
機能を有するＯＳ部と、実機上の通信システムをマシン
上で正確にシミュレーションする入出力通信システム・
シミュレーションプロセス部と、入出力デバイスごとに
用意され、マシン上でデバイスの動作を忠実にシミュレ
ーションする仮想デバイスサーバを備えた仮想デバイス
サーバ部からなり、前記ＯＳ部が提供する機能を使用し
て、ドライバと入出力デバイスの非同期Ｉ／Ｏ処理を入
出力通信システム・シミュレーションプロセスと仮想デ
バイスサーバ間の非同期通信でシミュレーションするも
ので、通信システムの送信要求に対して仮想デバイスサ
ーバが送信を完了したときの送信完了割り込み要求ある
いは仮想デバイスサーバがデータを受信した時のデータ
受信割り込み要求を実現する非同期通信によって、入出
力デバイスを実装したリアルタイムシステムをシミュレ
ーションすることを特徴とすることを特徴とする。

【０００５】

【作用】通信システムの送信要求に対して仮想デバイス
サーバが送信を完了したときの送信完了割り込み要求あ
るいは仮想デバイスサーバがデータを受信した時のデー
タ受信割り込み要求を実現する非同期通信によって、入
出力デバイスを実装したリアルタイムシステムをシミュ
レーションする。仮想デバイスサーバの割り込み要求に
対する処理は次のように行なわれる。 デバイスからの割り込み要求時、プロセス間同期機能
によりデバイスが通信システムへ割り込み可能かどうか
を判断する。割り込み可能なら割り込みの再要求を禁止
し、割り込み不可能なら可能になるまで待つ。 プロセス間同期機能により、ビットフィールドの変更
が可能かどうか判断する。変更可能なら他のプロセスが
変更するのを禁止し、変更不可能なら可能になるまで待
つ。 割り込み要求のデバイスに該当するステータスビット
を１にセットする。 通信システムにソフトウェア割り込みを発生させる。 上記で行なった変更禁止を解除する。

【０００６】また、通信システムの割り込みハンドラに
ついては次のような処理を行なう。 プロセス間同期機能によりビットフィールドの変更が
可能かどうか判断する。変更可能なら他のプロセスが変
更するのを禁止し、変更不可能なら可能になるまで待
つ。 割り込みステータスビットフィールドの中から最優先
度の割り込みを探し、上記で行なった変更禁止を解除
する。そして、割り込みが発生しているならその割り込
み処理を行い、割り込みが発生していないならハンドラ
を終了させる。 再度上記の処理を行なう。 その割り込みに該当するステータスビットを０にクリ
アする。 上記の処理におけるプロセス変更の禁止を解除す
る。 仮想デバイスサーバが設定した割り込みの再要求禁止
を解除し、上記の処理に戻る。

【０００７】

【実施例】以下本発明を詳細に説明する。図１は本発明
に係る入出力通信シミュレーションシステムの原理的ブ
ロック構成図である。図において、１０は入出力通信シ
ステム・シミュレーションプロセス部、２０は汎用のＯ
Ｓ（ＯＳはオペレーティングシステムの略）部、３０は
複数の仮想デバイスサーバ１〜Ｎを有する仮想デバイス
サーバ部である。なお、図中のＰは汎用ＯＳ上のプロセ
スを表わしている。入出力通信システム・シミュレーシ
ョンプロセス部１０は、実機上の通信システム（通信ア
プリケーション、通信プロトコル、デバイスドライバ）
を正確にシミュレーションするプロセス部で、入出力デ
バイスとの送受信は仮想デバイスサーバ部３０とのプロ
セス間の非同期通信で実現する。

【０００８】ＯＳ部２０は、プロセス間同期機能部２
１、複数プロセスが共有可能なメモリ空間２２、ソフト
ウェア割り込み管理機能部２３を有する。プロセス間同
期機能部２１は、通信システムや仮想デバイスサーバ
部３０が割り込みステータスビットフィールド（この割
り込みステータスビットフィールドについては後述）を
読み書きするときに使用する割り込みステータスビット
フィールド変更時排他制御機構と、仮想デバイスサー
バ部３０が割り込み要求を発生する場合、割り込みの種
類（デバイスの種類）ごとに、前回の割り込みに対する
通信システムの割り込み処理が終了しているかどうかを
確認する割り込み要求時排他制御機構の２つの制御機構
の競合条件を回避させるためのもので、例えばセマフォ
等がこれに該当する。

【０００９】メモリ空間２２は、通信システムと仮想デ
バイスサーバ部からもアクセスが可能になっている。実
機上ではデバイス制御レジスタや入出力データを共有可
能なＩ／Ｏアクセス空間に配置している。したがって通
信システムと仮想デバイスサーバにおいても互いに共有
可能なアドレス空間に、デバイス制御レジスタや入出力
データを配置してドライバのソースプログラムの共通利
用を実現している。おいても一部共有するようになって
いる必要がある。また、シミュレーション環境では、こ
の共有メモリ空間上に割り込みステータスビットフィー
ルドも割り当てる。ここで、割り込みステータスビット
フィールドについて説明する。１種類のソフトウェア割
り込みで複数のハードウェア割り込みをシミュレーショ
ンするために、図２に示すようなステータスビットフィ
ールドを用意する。そして割り込みを区別するために、
割り込みの種類（デバイスの種類）ごとに１ビットのエ
リアを確保する。ビットフィールド長は割り込みの種類
に等しい。仮想デバイスサーバが割り込みを要求した時
当該ビットは１にセットされ、通信システムがその割り
込み処理を終了させた時０にリセットされる。ソフトウ
ェア割り込み管理機能部２３は、割り込みハンドラを登
録し、複数のハードウェア非同期割り込みをシミュレー
ションする。また、割り込み時にユーザが定義したハン
ドラを自動的に実行する機能や、クリティカルリージョ
ンでは割り込みを禁止する機能をも有する。

【００１０】このような構成における非同期通信の動作
原理を次に説明する。非同期通信は仮想デバイスサーバ
からの次の主なＩ／Ｏ（入出力）割り込み要求により発
生する。 (1) 通信システムの送信要求に対して仮想デバイスサー
バが送信を完了した時の割り込み（送信完了割り込
み）。 (2) 仮想デバイスサーバがデータを受信した時の割り込
み（データ受信割り込み）。

【００１１】この割り込み要求に対する動作原理を順を
追って説明する。 Ａ．仮想デバイスサーバのＩ／Ｏ割り込み要求 当該デバイスからの割り込み要求時、プロセス間同期
機能部２１の割り込み要求時排他制御機構を用いてデバ
イスが通信システムへ割り込み可能かどうかを判断す
る。割り込み可能なら割り込みの再要求を禁止し、割り
込み不可能なら可能になるまで待つ。 プロセス間同期機能部２１の割り込みステータスビッ
トフィールド変更時排他制御機構を使って、ビットフィ
ールドの変更が可能かどうか判断する。変更可能なら他
のプロセスが変更するのを禁止し、変更不可能なら可能
になるまで待つ。 割り込み要求のデバイスに該当するステータスビット
を１にセットする。 通信システムにソフトウェア割り込みを発生させる。 上記で行なった変更禁止を解除する。

【００１２】Ｂ．通信システムの割り込みハンドラ プロセス間同期機能部２１の割り込みステータスビッ
トフィールド変更時排他制御機構を使ってビットフィー
ルドの変更が可能かどうか判断する。変更可能なら他の
プロセスが変更するのを禁止し、変更不可能なら可能に
なるまで待つ。 割り込みステータスビットフィールドの中から最優先
度の割り込みを探し、上記で行なった変更禁止を解除
する。そして、割り込みが発生しているならその割り込
み処理を行い、割り込みが発生していないならハンドラ
を終了させる。 再度上記の処理を行なう。 その割り込みに該当するステータスビットを０にクリ
アする。 上記の処理におけるプロセス変更の禁止を解除す
る。 仮想デバイスサーバが設定した割り込みの再要求禁止
を解除し、上記の処理に戻る。 以上のような動作により、汎用開発マシン上で入出力デ
バイスを実装したリアルタイムシステムをシミュレーシ
ョンすることができる。

【００１３】図３は本発明をＵＮＩＸシステム開発マシ
ン上で構築した場合のシミュレーションシステムの実施
例図である。ＵＮＩＸ開発マシン２０ａとしては、セマ
フォ管理機能を有するセマフォ管理機能部２１ａ、共有
メモリ管理機能を有する共有メモリ管理機能部２２ａ、
シグナル管理機能を持つシグナル管理機能部２３ａがあ
る。ＵＮＩＸ開発マシン２０ａとしては次のような仕様
を満足するものである。 (1) 特別に入出力デバイスを必要としない。 (2) 使用するＯＳ機能としては以下の３種類が必要であ
る。 共有メモリ管理機能部２２ａの機能 次のエリアをリアルタイムシステム・シミュレーション
プロセスと仮想デバイスサーバがアクセスできるよう
に、共有メモリに配置する。 (a) 送信バッファ ：出力データを一時保存す
るバッファ (b) 受信バッファ ：入力データを一時保存す
るバッファ (c) デバイス制御レジスタ ：デバイスへの命令、終了
状態を示す値がセットされる。 (d) 割り込みステータスビットフィールド：シミュレー
ションする割り込みの個数分のビットが用意される。 シグナル管理機能部２３ａの機能 仮想デバイスサーバからリアルタイムシステムへのソフ
トウェア割り込みに、ユーザが定義可能なシグナルSIGU
SR1,SIGUSR2 を使用する。 セマフォ管理機能部２１ａの機能 複数の仮想デバイスサーバからの非同期割り込みによる
競合条件を回避するため、次の２種類のセマフォ管理機
能を使用する。ただし、どのセマフォも初期値は１（リ
ソース１）である。 (a) 割り込みステータスビットフィールド変更用セマフ
ォ：シミュレーション環境全体で１つのセマフォを用意
する。 (b) 割り込み要求用セマフォ：仮想デバイスサーバの割
り込み種類ごとにセマフォを用意する。

【００１４】リアルタイムシステム・シミュレーション
プロセス部１０ａは次のような構成である。 実機用のリアルタイムシステムをＵＮＩＸのプロセス
で忠実にシミュレーションしている。 アプリケーションタスク、リアルタイムＯＳ、デバイ
スドライバから構成される。 リアルタイムＯＳは、デバイスドライバやデバイスか
らの割り込みを制御・管理するＩＯＣＳ（Input Output
Control System ）を含む。 実機用割り込みハンドラはシグナルハンドラに変更さ
れる。

【００１５】仮想デバイスサーバ部３０ａは次の通りで
ある。 リアルタイムシステム・シミュレーションプロセス１
０ａにとって実機の入出力デバイスのアクセスと違いが
ないように、デバイスの動作を忠実にシミュレーション
している。 複数の仮想デバイスサーバはデバイスごとに用意さ
れ、お互いに独立に動作する。 非同期通信で使用されるデバイス制御レジスタ用デー
タや送受信データは次のように自由に作成することが可
能である。 (a) 実際のデバイス（ハードウェア）を直接アクセスし
てデータを得る。 (b) 仮想デバイスサーバが独自にデータを作成したり保
持したりする。ファイルの利用も可能である。 (c) 他のプロセスや、あるいはネットワークを介して別
の開発マシンからデータが用意される。

【００１６】図４ないし図９はデータ送受信時における
リアルタイムシステム・シミュレーションプロセス部１
０ａと仮想デバイスサーバ部３０ａのサーバ１の動作を
示すフローチャートである。詳しくは、図４と図５はデ
ータ送信時、図６と図７はデータ受信時、図８と図９は
シグナルによる割り込み発生時のフローチャートであ
る。

【００１７】なお、実施例ではＵＮＩＸ開発マシン上で
のシミュレーションシステムを構築した例を示したが、
本発明はＵＮＩＸ開発マシンに限定されるものではな
く、例えばＭＳ−ＤＯＳ、ＯＳ／２、Ｍａｃｉｎｔｏｓ
ｈ、ＶＭＳ等（いずれもその名称は登録商標）の開発マ
シン上で通信システムのシミュレーション環境を構築で
きる。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような効果がある。 汎用開発マシン上で実機の通信アプリケーションおよ
びデバイスドライバを修正することなく動作させること
ができる。 本発明のシミュレーション開発環境を用いれば、入出
力デバイスが開発される前から、通信アプリケーション
やデバイスドライバの開発および通信テストが可能であ
る。 仮想デバイスサーバとの非同期通信方法は、入出力デ
バイスの特性および個数に制限がないため、世の中のす
べての通信システムのシミュレーションに適用できる。 リアルタイム通信プロトコルの研究に本発明の通信シ
ステムのシミュレーション開発環境を利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る入出力通信シミュレーションシス
テムの原理的ブロック構成図である。

【図２】割り込みステータスビットフィールドに関する
説明図である。

【図３】ＵＮＩＸ開発マシン上のシミュレーションシス
テムの構成図である。

【図４】データ送信時の動作を示すフローチャート（前
半部）である。

【図５】データ送信時の動作を示すフローチャート（後
半部）である。

【図６】データ受信時の動作を示すフローチャート（前
半部）である。

【図７】データ受信時の動作を示すフローチャート（後
半部）である。

【図８】シグナルによる割り込み発生時の動作を示すフ
ローチャート（前半部）である。

【図９】シグナルによる割り込み発生時の動作を示すフ
ローチャート（後半部）である。

【図１０】従来の開発モデルの一例を示す構成図であ
る。

【図１１】従来の他の開発モデルの一例を示す構成図で
ある。

【図１２】従来の更に他の開発モデルの一例を示す構成
図である。

【符号の説明】

１０ 入出力通信システム・シミュレーションプロセス
部 ２０ ＯＳ部 ２１ プロセス間同期機能部 ２２ メモリ空間 ２３ ソフトウェア割り込み管理機能部 ３０ 仮想デバイスサーバ部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プロセス間同期機能、複数のプロセスが共
   有可能なメモリ空間、ソフトウェア割り込み管理機能を
   有するＯＳ部と、 実機上の通信システムをマシン上で正確にシミュレーシ
   ョンする入出力通信システム・シミュレーションプロセ
   ス部と、 入出力デバイスごとに用意され、マシン上でデバイスの
   動作を忠実にシミュレーションする仮想デバイスサーバ
   を備えた仮想デバイスサーバ部からなり、 前記ＯＳ部が提供する機能を使用して、ドライバと入出
   力デバイスの非同期Ｉ／Ｏ処理を入出力通信システム・
   シミュレーションプロセスと仮想デバイスサーバ間の非
   同期通信でシミュレーションすることを特徴とする入出
   力通信シミュレーションシステム。