ソフトUSBの提案とその有益性の検証に関する研究九州大学工学部電気情報工学科 4年岡村研究室中川和久指導教員岡村耕二助教授 2005年2月18日 1 発表内容 1. 背景 2. 目的 3. 手法提案 - ソフトUSB 4. 有益性の検証 - VR開発環境における遠隔制御 5. 考察と今後の課題 2 1. 背景  周辺機器    USB規格のインターフェイスは、標準的なインターフェイスとなっている。多種多様なＵＳB周辺機器（以下、USBデバイスと略す）が存在する。ネットワーク技術の発展  大量のデータ送受信に十分耐えるほど高速化する。ネットワークを介した周辺機器の遠隔からの利用が可能（遠隔制御） 3 2. 目的  既存の手法  ユーザープログラムやライブラリを利用する。    遠隔制御の対象である機器の限定実装が困難本研究の目的  ソフトUSBの提案を行い、その有益性を検証する。   ソフトUSBは外部接続にUSB2.0規格を用いてある周辺機器を対象バーチャルリアリティ（以下VR（Virtual Reality）略す）の開発環境に着目し、ソフトUSB導入の有益性を検証 4 3. 手法提案 - ソフトUSB  ソフトUSB   遠隔にあるUSBデバイスそのものをローカルの計算機に仮想化する手法である。ユーザーはローカルの計算機に、遠隔制御対象のUSB デバイスドライバをインストールする必要がある。 soft USB Local Workstations Remote USB Device Internet 5 3. 手法提案 - ソフトUSB ユーザーアプリケーションは、遠隔にあ Internet るUSBデバイスが、ローカルに接続されているように認識し、ローカルの機器と同様に、遠隔の機器の使用が可能である。デーモン通信要求結果処理要求割り込み発生割り込み発生ソフトUSBが仮想化した遠隔のUSB ポートを認識させる（virtual EHCI）ソフトUSBが遠隔のUSBポート（EHCIコントローラ）を仮想化する USBポート USBポートソフトUSB USB デバイス 6 4. 有益性の検証 - VR開発環境における遠隔制御  ＶＲデバイス  遠隔から制御される必要がある。   特殊な制御が必要 VRPN（ Virtual Reality Peripheral Network ）  VRデバイスの遠隔制御を可能にするために開発された。    サーバー・クライアントモデルサーバープログラムが、クライアントに接続されたVRデバイスを制御するためのライブラリを提供サーバープログラムを起動することでデータ入出力を実行 7 4. 有益性の検証 - VR開発環境における遠隔制御  VRPNを導入した遠隔制御    クライアント側のユーザー空間でのデータ構造体はライブラリで指定されている。コールバックハンドラーを使用してデータ通信を行う。制御情報はサーバー側のユーザープログラムで算出する。時間情報に従ってVRアプリケーションが参照するメモリ領域に入力情報を渡すユーザープログラム Tracker Tracker サーバープログラム Hapticデバイス Button Button Force Force 時間情報に従ってデバイスドライバが参照するメモリ領域に制御情報を渡すユーザープログラム 8 4. 有益性の検証 - VR開発環境における遠隔制御  ＶＲＰＮの特徴    入出力に関するデータを細分化させ捉える。全てのデータに時間情報を付加させる。 VRPNの問題点  VRデバイスが制限される。   VRPN対応のVRデバイスは必ず数値情報を入力するものに限定され、入力データを全てTCP/IPを使用してパケット化ユーザープログラムの作成が必要である。  VRPNに対応するVRアプリケーションはユーザー空間で指定するメモリ領域を参照することが前提 9 4. 有益性の検証 - VR開発環境における遠隔制御  ソフトUSBを導入した遠隔制御    virtual EHCIが指定するデバイスドライバにシステムコールを発行する。 virtual EHCIが指定したメモリ領域に格納される情報の構造体はデバイス設計時に設定されており、VRアプリケーションはその構造体に従ったデータ参照を行う。制御情報もioctlシステムコールの処理要求で実装される。 /dev/usb_remote0に接続されていると仮想化ソフトUSBによる仮想化 10 5. 考察と今後の課題  ソフトUSBの有益性    ソフトUSBでは遠隔制御を行うUSBデバイスに対して、新たなデバイスドライバを作成する必要はない。既存のVRシステムでの、VRデバイスの遠隔制御を可能にする。既存のUSBデバイスをVRデバイスとして導入することが可能になる。ソフトUSBを導入することが有益である 11 5. 考察と今後の課題  ソフトUSB実現への課題  ソフトUSB実現にあたっての問題点     デーモンで通信時でのオーバーヘッドの発生デーモン通信における、それぞれの要求に応じた通信プロトコルの策定仮想化されたEHCIコントローラに接続されたUSBデバイスに対する、遠隔の計算機との競合問題入出力データ遅延問題や、ネットワークQoS技術を保証するアーキテクチャを提案することも今後の課題である。 12