Zephyr(RTOS)でARMとRISC-Vのコア間通信をしてみた

ミソジ　2026/3/27
Zephyr Project meetup: Nagoya, Japan
#ZephyrRTOS

Transcript

1. Zephyr(RTOS)でARMとRISC-Vの コア間通信をしてみた ミソジ　2026/3/27 Zephyr Project meetup: Nagoya, Japan #ZephyrRTOS
2. 自己紹介 名前： ミソジ　@misoji_engineer ブログ: エンジニアの電気屋さん(https://misoji-engineer.com/) ハードウェアのエンジニアで、趣味でブログとか書いてます
3. アジェンダ • このテーマを選んだ理由 • Zephyr(RTOS)のトレンド・強いところ • ARMとRISC-Vでコア間通信したら、面白いのでは？ • 実装+テストしてみた Zephyr(RTOS)でコア間通信をしてみた話
4. このテーマを選んだ理由
5. Edge AI 去年はZephyr +Edge AIを多く実装してました ▪コンテスト、勉強会、カンファレンスでも良く使っていました 　(見栄え良い + トレンド性ある +　分かりやすい) ・XIAO nRF54L15 Senseでの音声認識 ・ラズパイPico2Wでのジェスチャー認識
6. とあるカンファレンスで... 「鉄板」+「良い質問」が来ました ・Edge AIが～ ・Zephyrが～ ・コンテストで～ 自分
7. とあるカンファレンスで... 「鉄板」+「良い質問」が来ました ・Edge AIが～ ・Zephyrが～ ・コンテストで～ それは Best Choise ですか？ 自分
8. とあるカンファレンスで... 「鉄板」+「良い質問」が来ました ・Edge AIが～ ・Zephyrが～ ・コンテストで～ それは Best Choise ですか？ Zephyrに 実装する意味あるの？ 意訳(誤訳): 自分
9. 致命傷で済んだ。 俺も思っていた。マジでクリティカル。
10. Zephyrである必要は？ 正直言うと...無い。　OS無しでもEdge AI処理できる https://www.zephyrproject.org/ もちろん軽量・省電力というEdge AIに有効なRTOSですが... →無理して使う必要は無い。 2025年8月～9月 Edge AI Earth Guardians 　　　　 https://www.hackster.io/contests/earthguardians 去年参加したEdge AIのコンペでも 自分以外、ほぼArduino(OS無し)で実装
11. ただ、このままでは悔しいので... Zephyr + Edge AIが有効であるケースを、考えてみる。
12. Zephyr(RTOS)の トレンド・強いところ
13. Zephyrの強み SoC内のコア(OS)間の通信・仮想化もトレンドの一つ。 https://www.youtube.com/watch?v=QjiWMYTrMQU 車載系のプラットフォーム例 コア(OS)間の違いを越えた、I/O仮想化(VirtIO) SoC (CPU) ヘテロジニアス （異種混合）化 メイン_Aコア (Linux) サブ_Mコア (RTOS) 機能安全_Mコア (RTOS) NPU (AI処理) 最近はSoC内の コアの種類・数が多い (使い切れない...) ２０２5年の OSSJの基調講演
14. Zephyrのコア間通信のサポート例 色々あるが、IPCが一番ハード寄りで自分好み 項目 IPC (Inter-Processor Communication) VirtIO (Virtual I/O) OpenAMP (Open Asymmetric Multi-Processing) 定義 コア間通信の総称 I/O仮想化の標準規格 マルチコア連携のフレームワーク レイヤー 物理層・データリンク層（ハード寄り） トランスポート層（抽象化） アプリケーション・管理層（ソフト全体） 主な役割 データの通り道を確保する メモリの使い方の作法を共通化する コアの起動・停止やメッセージを管理する 具体例 共有RAM、メールボックス、割り込み vring（リングバッファ） RemoteProc, RPMsg 一番分かりやすい例えは、**「物流（ロジスティクス）」**です。 • IPC ＝ 道路や橋（物理的なインフラ） • VirtIO ＝ 交通ルールとトラックの規格（運び方の作法） • OpenAMP ＝ 運送会社・物流システム全体（管理と運用） Geminiに聞いてみた IPCとEdgeAIを 絡めればメリットあるのでは...
15. IPC(Inter-Processor Communication) IPCで「軽量+高速」と「複雑+重い」タスクを分ける 複雑+重い タスク IPC ARMコア ・Edge AI ・ネットワーク ARMコア ・高速モータ制御 ・高速ADC (サンプリング) 軽量+高速 タスク PWM ADC (Analog- Digital) AI処理 WIFI,LTE, Bluetooth 高速な信号のため、 他処理の影響を小さくしたいケース ・共有RAM ・メールボックス ・割り込み
16. ちょうど良いネタ(SoC)がある ▪Nordic Wireless SOC nRF54L15 Nordic nRF54L15は「ARM」と「RISC-V」の2つのコア https://www.nordicsemi.com/Products/nRF54L15 IPCの コア間通信 ARM_M33 RISC-V
17. ARMもRISC-Vも単独ではテスト済 まだ、ＩＰＣのコア間通信はテストしていなかった。 ▪去年ｎRF54L15のカスタムボードで 　 RISC-VとARM_M33の簡単な(GPIO・UART・PWM)動作確認はしていた プロジェクトURL: https://www.hackster.io/iotengineer22/maker-s-nrf54l15-debug-board-1a6a88
18. Ｚｅｐｈｙｒの良さが活きる。 ＲＴＯＳとして、「軽量」かつ「多くのアーキテクチャ」に対応 複雑+重い タスク IPC ARMコア ・Edge AI ・ネットワーク RISC-Vコア ・高速モータ制御 ・高速ADC (サンプリング) 軽量+高速 タスク PWM ADC (Analog- Digital) AI処理 WIFI,LTE, Bluetooth ・共有RAM ・メールボックス ・割り込み
19. Ｚｅｐｈｙｒの良さが活きる。 ＲＴＯＳとして、「軽量」かつ「多くのアーキテクチャ」に対応 複雑+重い タスク IPC ARMコア ・Edge AI ・ネットワーク RISC-Vコア ・高速モータ制御 ・高速ADC (サンプリング) 軽量+高速 タスク PWM ADC (Analog- Digital) AI処理 WIFI,LTE, Bluetooth ・共有RAM ・メールボックス ・割り込み 各コアに Zephyrを 実装
20. Ｚｅｐｈｙｒの良さが活きる。 ＲＴＯＳとして、「軽量」かつ「多くのアーキテクチャ」に対応 複雑+重い タスク IPC ARMコア ・Edge AI ・ネットワーク RISC-Vコア ・高速モータ制御 ・高速ADC (サンプリング) 軽量+高速 タスク PWM ADC (Analog- Digital) AI処理 WIFI,LTE, Bluetooth ・共有RAM ・メールボックス ・割り込み 各コアに Zephyrを 実装 今回はコレ 今回はコレ
21. テスト実装してみる シンプルな内容でテスト実装してみた。 複雑+重い タスク IPC ARMコア ・Edge AI ・ネットワーク RISC-Vコア ・高速モータ制御 ・高速ADC (サンプリング) 軽量+高速 タスク PWM ジェスチャー ＡＩ ・共有RAM ・メールボックス ・割り込み ①ARM側でジェスチャーＡＩ処理 ②ＩＰＣでデータ共有　 *項目とスコア値のみ ③RISC-V側のPWMを変更 ① ② ③ ▪Nordic Wireless 　 SOC nRF54L15
22. 実装+テストしてみた
23. nRF54L15 + IPC Zephyrのサンプルを調整 +　上手いことEdge AI処理を結合 ①remoteフォルダにRISC-V側の main.c、Makelist、prj.conf ②通常通りARM側の main.c、Makelist、prj.conf *AIモデルは従来通り Edge ImpulseのC++出力 (今回は説明省略) ③NordicのRISC-V用の スニペット(nordic-flpr)を使用
24. GitHubのリンク先 Zephyr公式サンプルの方を見てね。 https://github.com/zephyrproject-rtos/zephyr/tree/ main/samples/subsys/ipc/ipc_service/icmsg Zephyr公式のIPCのサンプル (雑な)自分のテストプログラム https://github.com/iotengineer22/zephyr-ipc
25. IPCデモ動画(nRF54L15-DK) https://youtu.be/ACCoVr_i27I
26. IPCでテスト成功 ログ見ても、IPCでコア間のデータ転送→OK 複雑+重い タスク IPC ARMコア ・Edge AI ・ネットワーク RISC-Vコア ・高速モータ制御 ・高速ADC (サンプリング) 軽量+高速 タスク PWM ジェスチャー ＡＩ ・共有RAM ・メールボックス ・割り込み ① ② ③ ①ARM側でジェスチャーＡＩ処理 ②ＩＰＣでデータ共有　 ③RISC-V側のPWMを変更 ① ② ③ ① ② ③
27. 他のIPC応用例
28. 実は知らずにIPC使っていたケース Bluetooth LE Audio対応のトランスミッター・スピーカー 去年BluetoothのAudio開発コンテスト プロジェクトURL: https://www.hackster.io/iotengineer22/adaptive-directional-ble-audio-speaker-2d892d SOC (nRF5340) *BLE…Bluetooth Low energy
29. nRF5340(ARM_M33 のデュアル + IPC) 「ネットワーク処理コア」と「音声処理のコア」を分けていた 複雑+重い タスク IPC ARMコア ・Edge AI ・ネットワーク ARMコア ・高速モータ制御 ・高速ADC (サンプリング) 軽量+高速 タスク 同期性 持った 音声処理 ・共有RAM ・メールボックス ・割り込み ①ARM側でBluetooth LE処理 ②ＩＰＣで音声データ共有　 ③ARM側で同期性持った音声出力 ① ② ③ ▪Nordic Wireless 　 SOC nRF5340 　 *ARM_M33が2個内蔵 Bluetooth Low Energy
30. Bluetooth LE Audio ▪今までのBluetoothには無い機能…Unicast/Broadcastができる 　 →(同期合わせた)特定オーディオの一斉送信 　 高い同期精度が必要　→デュアルコアでの分散処理 + IPC
31. まとめ
32. ・Zephyrがコア間通信を強くサポートされていたのを学べた 　(複数/異種のコアを持つSoCに対応) ・Zephyrが様々なアーキテクチャに対応 　(ARM+RISC-Vのようなコア間でも通信できた) ・分散処理したり、厳密なRTOS制御したい場合に使えそう 　(EdgeAIや厳密なネットワーク同期制御など) まとめ Zephyr(RTOS)で コア間通信(IPC)を実装+遊べた！
33. IPC(Inter-Processor Communication) ▪Nordic Wireless SOC nRF54L15 Coordination between multiple CPU cores or processors https://www.nordicsemi.com/Products/nRF54L15 IPC ARM_M33 RISC-V
34. IPC(Inter-Processor Communication) Coordination between multiple CPU cores or processors Complex Task IPC ARM_M33 ・Edge AI ・Network RISC-V(FLPR) ・Motor-Control ・High-Speed ADC High-Speed Task PWM (Servo motor) ADC (Analog- Digital) AI Inference WIFI,LTE, Bluetooth
35. IPC(Inter-Processor Communication) Coordination between multiple CPU cores or processors ARM_M33 IPC Complex Task ・Edge AI ・Network High-Speed Task ・Motor-Control ・High-Speed ADC RISC-V(FLPR) PWM Gesture Sensing