최근 임베디드 시스템이 발전함에 따라 시스템을 운영하는 방식이 단순한 펌웨어 수준에 그치지 않고 더 많은 서비스를 시스템에 제공하기 위해 운영체제의 사용이 증가하고 있다. 임베디드 시스템에는 제한적인 자원과 타깃시스템의 용도에 따라 실시간 운영체제(RTOS)가 주로 탑재된다. 실시간 운영체제 iRTOS는 가전, 무기체계 등에서 사용되며 현재 iRTOS가 채택하고 있는 메모리 할당 기법은 first fit 기법인데 대부분 시간결정성을 보장하지만 상황에 따라서 시간결정성을 보장하지 않을 수 있다. 따라서 시간결정성 보장을 향상시킬 수 있는 메모리 할당 기법이 필요하다. 본 논문에서는 실시간 운영체제 iRTOS에서 시간결정성을 보장할 수 있는 메모리 할당 기법을 설계하고 구현하는 것을 기술한다.
실시간 운영 체제(Real-Time Operating System)는 특정 태스크가 정해진 시간 안에 수행될 수 있도록 시간 결정성(Determinism)을 보장하는 운영 체제이다. 실시간 운영테제는 멀티태스킹(Multitasking) 및 ITC(InterTask Communication 혹은 IPC, Interprocess Communication)을 제공한다는 점에서는 일반 운영체제인 Unix$^{TM}$, Linux$^{TM}$, Windows$^{TM}$ 등과 같지만, 시간 결정성을 보장한다는 점에서 일반 운영 체제와 다르다. 또만 실시간 운영 체제를 포함한 임베디드 시스템(Embedded System)은 일반적으로 디지털 카메라, 디지털 TV, DVD 등에서 수행되므로 실행 이미지(Image) 크기가 작아야 한다. 본 논문에서는 실시간 운영체제의 실행 이미지를 줄이면서 시간 결정성을 보장한 수 있도록 메모리 관리 체계를 설계하고 구현한 내용을 설명한다.
이번 연구는 system-on-panel에 적용하기 위한 비휘발성 메모리의 전하보유시간 및 메모리 윈도우 특성 향상에 관한 연구이다. 이를 위해 SiO2/SiOX/SiOXNY의 메모리 구조를 이용하였으며, 채널층으로 결정화 온도에 따른 수소화된 미세결정 실리콘-게르마늄을 이용하였다. 채널 층으로 사용된 수소화된 미세결정 실리콘-게르마늄은 비정질 실리콘-게르마늄보다 더 낮은 bandgap과 더 적은 defect density로 인하여 더 향상된 전하보유시간 및 메모리 윈도우를 얻을 수 있었다. 결정화가 거의 이루어지지 않은 실리콘-게르마늄 비휘발성 메모리의 경우 약 4.9V의 메모리 윈도우를 얻을 수 있었다. 반면 300oC에서 약 43.4%의 결정화가 이루어진 실리콘-게르마늄의 메모리 윈도우는 약 5.9V로 약 17%의 향상이 있으며, 10년 후 74.5%의 높은 전하보유시간을 가졌다.
오늘날의 내장형 시스템은 군사 무기체계, 로봇, 인공위성 등과 같이 전통적인 내장형 시스템에서 휴대폰, 디지털 캠코더, PMP, MP3플레이어와 같은 보다 복잡한 응용프로그램 구동을 필요로 하는 휴대용 시스템으로 그 영역을 넓혀가고 있다. 이런 내장형 실시간 시스템은 내장형 시스템의 한정된 자원을 효율적으로 관리하고 시간적 논리적 정확성을 보장하기 위해 실시간 운영체제를 사용한다. 실시간 운영체제의 서비스를 통해 응용프로그래머는 응용프로그램을 구성하는 각 태스크가 시간 결정성에 위배되지 않도록 응용프로그램을 구현할 수 있다. 더욱이, 실시간 운영체제는 시간 결정성 보장을 위해 스케줄링과 문맥교환에 사용되는 시간을 예측할 수 있어야 한다. 본 논문에서는 추가적인 메모리 오버헤드 없이 22r 레벨의 우선순위를 갖는 시스템에서 고정 상수 시간 내에 가장 높은 우선순위를 갖는 태스크를 결정할 수 있는 알고리즘에 대해 기술한다.
최근 기상이변이 빈번하여 자연재해에 대한 방재대책의 중요함이 절실히 요청되는 시점에서 수공구조물들의 설계빈도를 상향조정하는 등의 대책이 마련되고 있는 실정을 고려할 때 유역의 수문학적 안정성을 확보하기 위한 최적방안을 마련하는데 필요한 강우의 임계지속시간 결정에 대한 연구를 수행하였다. 홍수제어를 위한 수공구조물은 그 특성상 계획홍수량 결정에 최대치 개념이 도입되어야 하므로, 설계강우의 지속기간을 결정할 경우 강우로 인한 최대유출과 홍수총량이 최대가 되는 임계지속기간을 이용하여 검토하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 합성단위도(Clark방법, Nakayasu방법, SCS방법)등 각 수문요소에 따른 임계지속기간의 변동양상을 파악한 길과 24시간 강우지속시간시 총유출량 보다 임계지속시간개념으로 산정한 유출량이 크게 산출되었으며, 시간분포모형(Huff의 4분위법, IDF곡선 분포법, Mononobe방법)별 적합성을 평가함으로써 수문설계시 활용 할 수 있는 자료를 제시하고자 하였다.
실시간 운영체제(Real-Time OS)는 우선순위 기반의 선점형 스케줄링을 제공하는 운영체제로서 시간 결정성 (Determinism)을 보장하는 특징이 있다. 그러나, 우선순위가 높은 태스크가 우선순위가 낮은 태스크에 의해 CPU를 점유 당하는 우선순위 역전(Priority Inversion)이 발생하여 시간 결정성이 보장되지 못하면 시스템의 심각한 결함을 야기할 수 있다. 본 논문에서는 우선순위 역전을 해결하기 위하여 Priority Inheritance Protocol 을 적용한 세마포 (Semaphore)의 구현에 대해 기술한다.
연결 지향적 데이터 경로 서비스는 운영중인 데이터 경로에 문제가 생겼을 경우, 이의 인지와 변경을 제한된 시간 내에 끝내야 한다. 서비스 중인 데이터 경로에 이상이 있을 경우 계속해서 데이터 유실이 발생하기 때문에, 경로 서비스를 제공하는 데이터 스위칭 시스템은 문제의 경로를 신속하게 정상 경로로 전환해야 한다. 시스템의 신속한 경로 전환을 위해서는 문제 (이벤트)의 인지와 공유와 처리 과정이 신속하게 끝나야 한다. 본 논문에서는 테라비트 광-회선-패킷 통합 스위칭 시스템에서 시간결정성 높은 이벤트 공유를 위한 제어프로세서 사이의 메시징 방법을 제안한다. 제안한 방법은 서비스 실행 중에 이벤트 공유를 단순화하고 이벤트 데이터에 의한 시간 가변성을 최소화하여, 글로벌 이벤트 처리의 지연 시간을 줄이고 시간결정성을 향상시킨다. 경로 이벤트 처리에 제안한 방법을 사용할 때, 738개의 경로 전환에서 일반적인 방법보다 최대 40% 의 지연 시간 감소 효과가 있다.
다결정 실리콘-게르마늄(poly-SiGe)은 태양전지 및 TFT-LCD와 같은 소자 응용에 있어서 중요하게 연구되고 있는 물질이다. 우리는 수소화된 비정질 실리콘-게르마늄 (a-Si1-xGex:H) 박막을 증착시키고 고상결정화시키며 XRD(x-ray diffraction) 및 ESR (electron spin resonance) 측정을 수행하였다. PECVD 증착가스는 SiH4과 GeH4가스를 사용하였고 Ge의 성분비는 x=0.0, 0.1, 0.5 정도로 조절되었다. 기판은 Corning 1737 glass를 사용하였고, 기판 온도는 20$0^{\circ}C$ 이었다. 증착압력과 r.f. 전력은 각각 0.6Torr와 3W이었다. 증착된 SiGe 박막은 고상결정화를 위해 $600^{\circ}C$ N2 분위기에서 가열되고, 그에 따른 XRD 및 ESR spectrum의 변화를 관찰하였다. ESR 측정은 X-band 그리고 상온에서 행해졌다. 먼저 XRD 측정으로부터 박막의 고상결정화 정도를 알 수 있었고, 고상결정화 과정이 초기 핵형성 단계와 결정화 단계, 그리고 더 이상 결정화가 일어나지 않는 완료 단계로 구분될 수 있음을 보여주었다. X값이 증가함에 따라 결정화 시간은 훨씬 단축되었다. ESR로 측정된 스핀 밀도는 a-Si1-xGex:H 박막이 처음 가열됨에 따라 전체적으로 크게 증가했다가, 결정화가 일어나면서 다시 감소하여 나중에는 거의 변화가 없었다. ESR 신호의 초기 증가는 수소 이탈에 의한 dangling bond의 증가에 기인하며, 다음 단계의 감소 및 안정 상태는 결정화에 따른 결정경계 영역의 감소와 결함들의 안정성에 기인하는 것으로 생각된다. 그러나 흥미로운 것은 Si1-xGex 합금의 경우 가열시간이 증가됨에 따라 Si-db(Si-dangling bond)와 Ge-db에 의한 신호가 서로 분리되어 나타났으며, 이 Si-db 스핀 밀도와 Ge-db 스핀밀도의 변화정도는 x값에 크게 의존함을 보여준 것이다. 즉 순수한 a-Si:H의 경우 Si-db 의 스핀밀도의 증가시간은 4시간 정도였고, 그리고 다시 감소하였으며, x=0.1 인 박막에서 Si-db와 Ge-db의 변화 시간은 순수 S-db 변화의 경우와 거의 유사하였다. 그러나 x=0.5 샘플에서는 Si-db의 변화가 빨라져서 0.1 시간 안에 증가되었고, Ge-db의 변화는 더 빠르게 수 분 동안에 증가 된후 다시 감소하였다. 이것은 수소의 Si에 대한 친화력 뿐 만아니라 Si-H과 Ge-H 결합에너지가 주위 원자들의 구성에 크게 영향받을 수 있는 가능성을 제시해준다.
본 연구에서는 실리카겔을 이용한 반응액 부피당 표면적(surface area per volume of reaction solution)이 증가된 반코마이신 결정화 공정에서 이온성 액체의 영향을 조사하였다. 실리카겔로 표면적을 증가시킨 경우에 이온성 액체([BMIm][$BF_4$])를 접목하면 결정화 효율을 더욱 향상시킬 수 있었다. 실리카겔을 이용한 표면적이 증가된 결정화에서 이온성 액체(20%, v/v)를 첨가한 경우 결정화 4시간에 반코마이신 결정이 생성되었으며 실리카겔과 이온성 액체를 사용하지 않은 경우보다 결정화에 소요되는 시간을 6배 정도 단축시킬 수 있었다. 또한 이온성 액체 첨가량이 증가함에 따라 반코마이신 결정 입자크기가 감소할 뿐만 아니라 결정이 균일하고 일정해짐을 알 수 있었다.
실시간 운영 체제(Real-Time Operating Systems)는 시스템 동작이 논리적 정확성뿐만 아니라 시간적 정확성에도 좌우되는 운영 체제이다. 그리고 실시간 운영체제는 멀티태스킹(Multitasking) 과 ITC(Inter Task Communication)을 제공한다는 점에서 일반 운영 체제인 Windows, Linux, Unix등과 같지만 시간 결정성을 보장해야 한다는 점에서 일반 운영 체제와 다르다. 이러한 실시간 운영체제에서 프로그래머가 디버그 정보를 알기 위해서 여러 가지 기법을 사용하게 된다. 본 논문은 실시간 운영체제에서 시간 결정성을 지키면서 메모리에 관련된 디버그 이벤트들을 알기 위한 버퍼의 설계 및 구현에 대해 기술한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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