RTモード(アールティーモード)とは | 意味や読み方など丁寧でわかりやすい用語解説

RTモードは、Real-Timeモードの略称であり、主にデータ転送におけるリアルタイム性能の向上を目指した動作モードを指す。特にPCI Express（PCIe）のような高速シリアルインターフェースを用いたハードウェアにおいて、低遅延かつ高スループットなデータ処理が求められるシステムで利用されることが多い。一般的なオペレーティングシステム（OS）上で、特定のハードウェアが要求するリアルタイム性に近い応答性を実現するための仕組みである。これは、システムの応答時間をより予測可能にし、時間的な制約が厳しいアプリケーションの要件を満たすことを目的とする。通常のデータ転送では許容されるわずかな遅延やばらつき（ジッター）も許されないような場面で、RTモードはその真価を発揮する。

RTモードの核心は、ハードウェアからのデータやイベントに対するOSおよびドライバの応答速度を極限まで高める点にある。標準的なデータ転送方式では、ハードウェアからのイベントは通常、割り込み（Interrupt）という形でCPUに通知される。CPUはその割り込みを受け取ると、現在の処理を中断し、対応する割り込みハンドラ（ドライバの一部）を実行してイベントを処理する。この一連のプロセスには、割り込みの検出、OSカーネルによるコンテキストスイッチ、ドライバの実行といった複数の段階があり、それぞれでわずかながら遅延が生じる。また、OSのスケジューラが他のタスクの優先度を考慮するため、割り込み処理の開始が遅れる可能性もある。RTモードはこれらの遅延要因を最小化することを目的とする。

RTモードでは、遅延要因を削減するために複数のアプローチが採用される。一つは、割り込みに依存せず、ドライバが周期的にハードウェアの状態を直接問い合わせる「ポーリング」方式を積極的に利用することである。ポーリングはCPUサイクルを消費するが、割り込み処理のオーバーヘッドやスケジューリングによる遅延を回避し、データ到着をより迅速に検知し処理を開始できる。もう一つは、OSカーネルやドライバが特定の処理に対して高い優先度を付与し、他のタスクよりも優先的に実行されるように調整することである。Windowsなどの汎用OSは、通常、多数のアプリケーションが共存することを前提としたタイムシェアリングシステムであり、厳密なリアルタイム性を保証しない。しかし、RTモードをサポートするドライバは、OSが提供するプロセス/スレッドの優先度設定や割り込み処理の優先順位といった機能を活用し、リアルタイムOSに近い振る舞いを実現しようと試みる。これを「ソフトリアルタイム」と呼ぶ。さらに、PCIeバス自体が持つQoS（Quality of Service）メカニズムを活用し、特定のデータフローに高い優先度を設定することもRTモードの一環となる。これにより、バス上のデータ競合が発生した際に、RTモードで処理されるデータが優先的に転送されるようになり、転送遅延の低減に貢献する。また、データ転送のバッファリングを最小限に抑え、ハードウェアからアプリケーションメモリへ直接データを転送するダイレクトメモリアクセス（DMA）を最適化することも重要である。バッファリングは遅延を生じさせる可能性があるため、可能な限り回避することでエンドツーエンドの遅延を削減する。

RTモードの最大のメリットは、アプリケーションが必要とする高いレベルの「確定的応答時間」を実現できる点にある。つまり、データ入力から処理、出力までの時間が、非常に短い範囲内で安定し、予測可能となる。これにより、産業用ロボットの精密なモーションコントロール、高速データ収集システムの正確なタイムスタンプ取得、オーディオやビデオの低遅延ストリーミング、金融市場での高速取引システムなど、ミリ秒からマイクロ秒単位の応答性が求められる幅広い分野でその価値を発揮する。一方で、RTモードの導入にはいくつかの課題も伴う。ポーリング方式の多用はCPU使用率を増加させる可能性があり、システムの全体的なスループットや他のタスクの実行に影響を与える場合がある。また、特定のハードウェアとOS、そしてRTモード対応の専用ドライバが必要となるため、システム構築のコストや複雑さが増す。汎用OSにおける「ソフトリアルタイム」は、ハードリアルタイムOSのような絶対的な時間保証を提供するものではないという限界も理解しておく必要がある。システムの安定性を確保するためには、RTモードの適切な設定とチューニングが不可欠となる。