　広く利用されているリアルタイムOS（RTOS）の1つである「ThreadX」については、以前にTechFactoryの記事で解説したことがある。現在、メンター・グラフィックス（Mentor Graphics）から販売されている「Nucleus RTOS」の原型となった「Nucleus RTX/Nucleus Plus」の作者であるビル・ラミー（Bill (William) Lamie）氏が、そのNucleus RTX/Nucleus Plusの販売元だったAccelerated Technologyを離れて、次に作ったのがExpressLogicという会社と、このThreadXというRTOSである。

　このExpressLogicを2019年4月に買収したのがマイクロソフト（Microsoft）である。そして同年10月には、ThreadXを「Azure RTOS」という名称で提供することを発表している。そんなわけで、現状の製品名はAzure RTOSになるわけだが、その現状の話は最後にするとして、取りあえずはThreadXについて紹介したいと思う。

⇒連載記事「リアルタイムOS列伝」バックナンバー

図1　ExpressLogicのWebサイト。アクセスすると、最初に“Azure RTOS is now available from Microsoft”という案内が表示される（クリックでWebサイトへ）

ピコカーネルアーキテクチャにより2KBでも動作可能

　ThreadXそのものは、独自の「picokernel architecture（ピコカーネルアーキテクチャ）」で構成されるRTOSである。いわゆるマイクロカーネルの場合、カーネルのコアと追加のサービスの間にLayer（レイヤー）を設けるのが一般的で、このためサービスを使う場合はLayerをまたいでの呼び出しになる。対してpicokernelの場合、このLayerが存在せず、サービスは直接カーネルのコアに追加する形になるので、マイクロカーネルで必要なサービスの呼び出しのオーバーヘッドなどが最小化できる、としている。ちなみに最小構成だと2KB、通常の環境でも15KB程度のフットプリントで動作可能という話だ。

　カーネル周りの特徴として挙げられている項目は、以下のようになる。

Automatic scaling
Deterministic processing
Fast real-time performance
Preemptive and cooperative scheduling
Flexible thread priority support（32～1024）
Dynamic system object creation
Unlimited number of system objects
Optimized interrupt handling
Preemption-threshold
Priority inheritance
Event chaining
Fast software timers
Run-time memory management
Run-time performance monitoring
Run-time stack analysis
Built-in system trace

　RTOSでは割とポピュラーな項目であるが、これらの中でちょっと目を引くのが「Event chaining」だろう。これは、イベントに対するCallback関数を登録できるという仕組みである。あるスレッドが1つのイベントを待っているだけなら難しくないが、複数イベントをうまくハンドリングするのは難しい（あるイベントの処理中に別のイベントが発生する場合もあるため）。そこで必要なら、ISR（Interrupt Service Routine：割り込みサービスルーティン）でいろいろと細工することになりがちだが、当然難易度が上がってしまう。ThreadXの場合、イベントのCallbackの側で処理を記述すれば良く、イベントそのもののハンドリングはカーネル側で行ってくれるので、このあたりの記述がかなり楽になる。

図2　アドレスなどはあくまでも一例で、当然このあたりはコンフィギュレーションで設定可能である（クリックで拡大）

　Event chainingは、Queue、Semaphore、Event Flagに対して設定が可能であり、ThreadXで提供されるSystem Objectはほぼこのどれかを使ってアプリケーションに通知を行っている。結果的に、ほとんどのSystem Objectに対してこのEvent chainingが利用可能になるというわけだ。

　ThreadXのメモリモデルは、基本的にはMCUに向けたStatic（静的）な構成（図2）で、当然仮想記憶などには未対応である。ただしこれとは別に、「Block Memory」と「Byte Memory」という2種類のDynamic（動的）なメモリ管理機構を提供している。Byte Memoryの方は、いわゆるC言語のmallocやfreeに対応する、任意のサイズのメモリプールを提供するもので、対してBlock Memoryの方は固定サイズのメモリプールを提供する機能になっている（このメリットについては、メモリフラグメンテーションが避けられる、としている）。

　なお、メモリ保護については、MCUの持つMPU（Memory Protection Unit）をサポートして、これに準ずる形での利用が可能である。

Threadそのものの管理もシンプル

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