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Linux ディストリビューターが語る
「組込みLinux」の今
サイバートラスト株式会社
伊東達雄
2018年7月27日
Version 1.2
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今回のイチオシ
この夏、組込みLinuxで抑えておきたいポイントは?
1
2
3
組込み向けLinux、保守は大丈夫?超長期サポートを実現するための取組み
リアルタイム処理はしたい、でもネットワークやリッチなGUIも実現したい。LinuxとRTOSの”イイトコ”取りを実現するOpenAMP
そのセキュリティ処理、ほんとに安全?TrustZoneを活用したOP-Teeでデバイスのセキュリティを確保する。
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サイバートラスト社紹介
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新生サイバートラスト:ソフトバンクグループと合併
● 認証局
● IoT脆弱性診断
● Linux Distributor● 組込み用Linux
ミラクル・リナックス株式会社
サイバートラスト株式会社
東証1部上場
東証1部上場
ソフトバンク グループ ソフトバンク・テクノロジー グループ
合併
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サイバートラスト:事業領域
国内電子認証局の運用
Linux/OSS の専門性電子認証の専門性
専用機器・組込み開発
ITインフラを支えるLinux提供
グローバル標準
組込みLinux
IoT 電子認証
IoT 事業開発・グローバル協業
認証・セキュリティ事業 IoT事業 Linux/OSS事業
サイバートラストの認証事業とミラクル・リナックスの組込みLinux 事業の組み合わせで
IoT 時代のデファクトスタンダードへ
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OSS事業のコアコンピタンスと 製品
専用OS領域従来型サーバ領域 Linux開発
● 独自カーネル● ネットワーク● マルチアーキテクチャ● FastBoot
コアコンピタンス:OS技術、Linuxディストロ技術、エンタープライズサポート技術ビジネスセグメント:コアコンピタンスを差別化に活用できるエリア、クラウド領域と組込み(車載)領域に注力
サーバOS/クラウド基盤
● カーネル● ドライバ作成、解析● 障害解析、対応
統合監視.統合運用
● HW,SWアプライアンス● クラスタ対応● 仮想化、DB、HW監視
テンプレート提供● 他社、OSSを含む複合環境
の統合HAPI(*1)
LinuxOS
Linux
組込Linux
デジタル・サイネージ
● 映像再生特化OS● HWアプライアンス● 個別開発対応● リアルタイム性能強化● ブラウザ技術
映像系ソリューション
IVI,IoT デバイス制御コア・コンピタンス
OS技術コミュニティ連携サポート技術
(*1)Hatohol Arm Programming Interface:外部連係通信機能
システムバックアップ
● VMWare、仮想環境や固有
のファイルシステムも完全
バックアップ
● 最新機器への対応
● 長期間サポート
インフラソリューション
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MIRACLE LINUX採用実績
ファクトリーオートメーション
通信・交換機
鉄道/航空
オートモーティブ
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サイバートラストとARMのシナジー
❏ 組込みLinuxでの協業❏ ヘテロマルチコア環境の活用❏ IoTセキュリティに注力:TrustZone
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み ら く る ちゃん
● オープンで明るく元気● 葉っぱとペンギンが
モチーフ● Linuxの妖精で人間とLinux
が仲良くなれるようにがんばっているよ
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と ら す と ちゃん
● しっかり者のおねえさん● 鍵やスーツ、裁判官が
モチーフ● 信頼と認証の女神でみんな
が安心・安全に暮らせるように世界を支えているんだ
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かーねる くん
● Asianuxのカーネルがからうまれ
たLinuxの妖精
● みらくるちゃんの子分なんだ!
● みらくるちゃんと一緒に人間とLinuxが仲良くなれるようにがんばっているよ
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組込みソリューション【EMConnect】
EMTee
EMDuo
EMLinux
同一SoC上でLinux/RTOS同時実行を実現
豊富な実績を持つ国産組込み向けLinux OS
Armの機能を使った組込み向けセキュアOS
商用組込みLinux、SecureOS、Linux/RTOS共存、Web GUI
次世代の組込み業界ニーズに応えるソリューション群
EMBrowser
HMIとして利用できる、
HTML5インターフェース
EMConnectシリーズ
TrustZone
EMLinuxRTOS
EMTee Cortex-A53Cortex-R5
Cortex-A53Cortex-R5
EMBrowser
EMDuo
長期サポート(CIP)
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組込み技術の取組み ~長期サポートとCIP~
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IoT機器に関連する政府の動向
【改正民法2020年4月施行】
● IoT機器も5年間はセキュリティパッチ供給が定常化へ
【米議会2017年8月上院提出】
● 国が調達する重要IoT機器はアップデート可能であること
【総務省2017年9月実施】
● 脆弱なIoT機器を調査し、メーカ―と所有者と情報共有
【総務省2017年10月公開】
● IoTセキュリティ総合対策
■ IoT機器のICチップに電子署名
■ 適合品への認定プログラム案あり
ソフトウェア・アップデートとRoot of Trustがセキュリティ対策の基本
SW Updateが必須機能へ(OTA:Over-the Air)
鍵管理が標準へ(Root of Trust)
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長期サポート体制:OSSコミュニティ及びSoCメーカーとの連携
ソース管理システム
OS
Sコ
ミュ
ニテ
ィ
MIRACLE LINUXAsianux
お客様専用Linuxお客様専用Linuxお客様専用Linux
Embeded MIRACLE
自動ビルドシステム
自動テストシステム
SoC
メー
カー
お客様
コミッター エンジニア
パッチ投稿機能のバックポート
HWの問題のエスカレーション
BSPも含むLinux/OSSに関するお問い合わせ
● サイバートラストが長期サポートできる理由○ 15年間維持しているエンタープライズLinux MIRACLE LINUX/Asinauxの実績○ MIRACLE LINUX や様々なお客様のカスタマイズLinuxを共通化し一括管理システム○ SoCメーカーとのアライアンスで、KernelとHWの境界問題もサイバートラストが1stで対応
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• Linux Foundation傘下のオープンソースプロジェクトとして2016年4月設立– ファウンダー: 東芝、日立、シーメンス、
Codethink、Plathome– その後、ルネサス、Moxa、CTJが参加
• CIPの目的– 社会インフラ構築のためのソフトブロックとして
超長期で使用・実装可能なIndustrialグレードのオープンソースベースレイヤを提供
– Upstreamコミュニティと密に協業– 新たなLinux Distroをつくるものではない
CIP(Civil Infrastructure Platform)
Platinum Members
Silver Members
CIP参加企業
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交通運輸 エネルギー 産業 その他
鉄道オートメーション
車両制御
自動改札
発電
タービン制御
産業オートメーション
産業用通信
CNCビルオートメーション
健康管理
放送
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OSSJ 2018 “Civil Infrastructure Platform: 2 Years Experience of Industrial-grade Open Source Base
Layer Development and Its Future” (Yoshitake Kobayashi, Toshiba Corporation) をベースに改版
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活動スコープU
ser
spac
eKe
rnel
sp
ace
Linux Kernel
App container infrastructure (mid-term)
App Framework(optionally, mid-term)
Middleware/Libraries
Safe & SecureUpdate
Monitoring
Domain Specific communication(e.g. OPC UA)
Shared config. & logging
Real-time supportReal-time /
safe virtualization
Tools
Concepts
Build environment(e.g. bitbake, dpkg)
Test automation
Tracing & reporting tools
Configurationmanagement
Device management(update, download)
Functional safetyarchitecture/strategy, including compliancew/ standards (e.g., NERC CIP, IEC61508)
Long-term supportStrategy: security patchmanagement
Standardization collaborative effort with others
License clearing
Export Control Classification
デバイス上のソフトスタック 製品開発/メンテナンス
Application life-cycle management
Security
Multimedia
Super Long Term Supported Kernel (STLS)1
3
2
CIP Core Packages4 41
4
Open Source Summit Japan 2018 20
1
2
3
4
4
4
1
OSSJ 2018 “Civil Infrastructure Platform: 2 Years Experience of Industrial-grade Open Source Base
Layer Development and Its Future” (Yoshitake Kobayashi, Toshiba Corporation) から引用
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CIPが使用するLTSバージョン
OSSJ 2018 “Civil Infrastructure Platform: 2 Years Experience of Industrial-grade Open Source Base Layer Development and Its Future”
(Yoshitake Kobayashi, Toshiba Corporation) から抜粋・追加
❏ 最新のLTSバージョンは 4.14❏ 現行のCIPカーネルは 4.4 をベース❏ 時期CIPカーネルは、4.20 ベースになる可能性大
OSSJ 2018 “Using Linux for Long Term - Community Status and the Way We Go” (Tsugikazu Shibata, NEC) から引用・加筆
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CIPと他のプロジェクトとの関係
● CTJはCIPに参画し、コミュニティと連携した超長期サポート体制を確立します● CIPでは各OSSコミュニティの成果と連携し、社会インフラ向けベースレイヤーのLinuxを提供● CIPはReal-Time Linuxプロジェクトのゴールドメンバーとして連携
● LTS (4.4)をターゲットにしたカーネルサポート
● RealTime サポート● 必要に応じLinus Treeからバッ
クポート
● ユーザランドはDebian LTSを使用
● Debian スポンサー
Collaboration
● 主要なパッケージに対するセキュリティアップデート
● ソース、パッチ管理● アップストリーム● 厳密なOSSライセンスチェック● Linuxカーネルパッケージ協調
KernelCI
CI/Test
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CIP活動に参加するには?
最新情報は以下から入手可能:• CIP Mailing list: [email protected]
他のリソース• CIP Web site: https://www.cip-project.org• CIP Blog: https://www.cip-project.org/blog • CIPをカバーする記事: https://www.cip-project.org/news/in-the-news • CIP Wiki: https://wiki.linuxfoundation.org/civilinfrastructureplatform/
CIPソースコード • CIP GitLab: http://www.gitlab.com/cip-project• CIP kernel:
git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/bwh/linux-cip.git
Linux Foundationから入手(2018.7.17)
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組込み技術の取組み ~LinuxとRTOS共存~
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Cortex-A Cortex-A Cortex-M
Linux RTOS
RPMsgy RPMsgyOpenAMP
EMDuo:LinuxとRTOSの共存アーキテクチャ
・Linux: - クラウド連携 - OSS資産の活用 ・RTOS: - リアルタイム性能担保 - 既存資産の活用
Cortex-M
Wifiドライバ デバイス制御
■ ひとつのSoCでコアごとにRTOSとLinuxを同時に実行■ ARMが提唱するヘテロコア環境の実現■ RTOSのリアルタイム性とLinuxの開発効率の両方メリットを享受
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RTOSでリアルタイム処理をしながらLinuxでネットワーク接続やグラフィック処理が可能です
Linuxを使いたい理由
ネットワーク接続 ユーザインターフェース
Cortex-A75
Linux
RPMsg
LTE、Wifi
RTOS
デバイス
Cortex-A55
RPMsgOpenAMP
Cortex-A75
LinuxRPMsg
RTOS
Cortex-A55
RPMsgOpenAMP
アニメーション効果3次元効果、など
CLICK!!
H.264エンコード動画
GUI
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EMDuo/OpenAMP性能
● EMDuo RPMsg転送性能○ RTOSからLinuxにrpmsg_sendで100バイト転送
○ 処理時間■ RTOS(rpmsg_send処理) 117μs■ Linux(callback受信処理) 18μs
● OpenAMP上でのTCP/IP実装の課題(TCP/IP over rpmsg OpenAMP with Udoo Neo)○ ARM SoC上のCortex-A9 とCortex-M4でrpmsg上にTCP/IPの通信を実装
■ 512バイト(デフォルト)を使用
○ iperf (ネットワーク機器向けベンチマーク)では、 約700Kbit/s■ TCP/IP MTU(1500バイト)とのミスマッチによるオーバヘッドと推定
● 大容量通信に向けた対応○ 最大バッファサイズの調整( RPMsg使用)
○ 共有メモリによるゼロコピー通信( RPMsgは通知で使用)
ハードウェア RTOS側ソフトウェア(バージョン) Linux側ソフトウェア(バージョン)
・ZYNQ 7020(最大 866MHz)
Dual ARM Cortex-A9 コア
・FreeRTOS(9.01)
・libopenamp(1.3)・libmetal(1.4)
・Linuxカーネル(4.9.0 (+xilinx patch)・libmetal(v2017.10)・OpenAMP(v2017.10)
性能値は参考情報です。
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Linuxのリアルタイム性能向上
● ターゲット : Rasberry Pi 3 (32bit)● OS: Raspbian 9● カーネルバージョン : 4.14.33と4.14.34-rt27(PREEMPT_RT適用カー
ネル)● 測定方法
○ VanillaカーネルとPREEMPT_RT適用カーネルで cyclictestを使って性能を測定
○ cyclictest・nanosleepを定期的に繰り返し、スリープから起きる 理想的な時刻と実際に起きた時刻の差分を計算する・cyclictest -p 90 -m -c 0 -i 200 -n -v 100 -q -l 5000
● -p: プロセスプライオリティ● -i: インターバル● -l: 測定回数● -n: nanosleep
リアルタイムパッチによって、応答時間半減、
応答最大最小値5分の1に短縮
Preempt Real Time Patch性能 性能測定条件
リアルタイムパッチ
通常カーネル
レイテンシー(μs)
個数
通常カーネル
Preempt RT Patch
最小値:29us、最大値:150us、平均値:39us 最大最小差:121us最小値:14us、最大値:39us、 平均値:18us 最大最小差:25us
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LinuxとRTOSの比較
Linux RTOS起動時間 秒オーダー
・Linux高速起動ソリューション( FastBoot)で、 数十秒の立ち上がり時間を一桁秒に短縮可能
ミリ秒オーダー
応答性 数十マイクロ~ミリ秒オーダー
・Preempt Real Time Patchで割込み応答性、応答 時間の揺らぎを大幅改善
マイクロ秒オーダー
・最悪応答時間の保証
フットプリント 16MB以上
・アプリケーションに依存※
数百KB以上
・アプリケーションに依存
プログラミングモデル タイムシェアリング(他動式)
・マルチプロセス・マルチスレッド・同期型(Wait)・非同期型(Callback)待合せ・豊富なパッケージ( Richアプリケーション作成)
FCFS/優先度方式等(自律式)
・同期型(Wait)待合せ・Critical Section最小化・厳選されたパッケージによるリアルタイム アプリケーション作成
※EMBrowser動作時、512MB以上使用
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全4回の連載でLinux移行の疑問を解消
RTOSから組込みLinuxへの移行支援
掲載から3年が経過した今も
「ITRON」や「VxWorks」などの
ユーザにが参考にしている。
◎第1回:リアルタイムOSからLinuxへ◎第2回:組込みOSの比較と選択◎第3回:組込みLinux導入の注意点 ◎第4回:組込みLinuxのトラブルと
ディストリビューションの必要性
これからLinuxに移行を考えている人を支援する目的で、組込みLinuxとRTOSの違いやLinux選定の注意点などを、4回の連載に分けて解説。
https://www.miraclelinux.com/product-service/total-embedded/point
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組込み技術の取組み ~TrustZoneとOP-TEE~
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TrustZone:EMTee (OP-TEE商用版)Arm TrustZoneを利用:証明書の管理や暗号化、DRM処理などの
秘匿性の高い処理をSecure Worldで実行し、Normal Worldから隔離
Kernel
GlobalPlatform TEE Client API
GlobalPlatform TEE Internal API
TEE core
【 Normal World 】Linux
【 Secure World 】OP-TEE
Arm® TrustZone®-enabled chipset
Secure Monitor
HAL
DRM SW更新 機器証明
optee_core
TrustedApplicationID
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● IoT機器に埋め込まれた電子証明書は、Secure World内でのみアクセスできるようにすることで、電子署名の改ざん、なりすましを防止
● IoT機器からクラウドに送達する情報に電子署名を行うことで、IoT機器の真正性を担保
● IoT機器情報取得例1. IoT機器からクラウドにアクセス2. クラウド上のIoT機器管理サービスからIoT機
器に問い合わせ3. Normal WorldのアプリからSecure Worldの
電子署名アプリに機器IDを依頼4. 機器IDの電子署名(サイン、暗号化)を行い、
Normal Worldのアプリに返却5. Normal WorldアプリからIoT機器管理サービ
スに機器IDを送付
電子証明書をSecure Worldに格納することで、
IoT機器証明の信頼度をより一層高めることができます
EMTee活用例
①
電子署名
④
Arm TrustZone-enabled Chip
Linux/Android
opteecore
Secure WorldNormal World
ATF Uboot
Secure Storage
optee client
opteelinuxdriver
アプリ
セキュア通信
④
IoT機器管理サービス
⑤ ③
デバイス
ID
⑤
①
②
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まとめ
この夏、組込みLinuxで抑えておきたいポイントは?
1
2
3
組込み向けLinux、保守は大丈夫?超長期サポートを実現するための取組み
リアルタイム処理はしたい、でもネットワークやリッチなGUIも実現したい。LinuxとRTOSの”イイトコ”取りを実現するOpenAMP
そのセキュリティ処理、ほんとに安全?TrustZoneを活用したOP-Teeでデバイスのセキュリティを確保する。
組込みLinuxに強い!サイバートラスト株式会社
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アツい!エンジニア募集中
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Appendix
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セキュアOTA
セキュアOTAは弊社の電子認証と紐づけたところに特長あり
IoTデバイス
開発製造時
● デバイス専用のOSやアプリ向けウイルス対策の組み込み
● 証明書の組み込み
● 検証済みLinuxの提供
出荷
更新ファイルのアップロード
安全な更新を提供
組込みLinux電子認証
IoTデバイス開発企業
OTA
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信頼とともに
ソフトバンク・テクノロジー グループ
ソフトバンク・テクノロジー エムソリューションズ フォントワークス 環 サイバートラスト モードツーアソラテック リデン