본 논문에서는 현재 널리 사용되고 있는 상용 운영체제들 중에서는 빠른 응답 시간을 보장하고 있는 실시간 운영체제 3가지를 선정하여 이 실시간 운영체제들이 IMT-2000 기지국 제어기에 호 처리를 위해 사용될 경우 어느 정도의 성능을 보일 것인지를 실험하였다. 이를 위해서 무선 호 처리가 어떠한 방식으로 이루어지는지 분석하여 시스템 성능에 영향을 크게 미치는 기본기능요소들을 도출하였으며 분석된 내용을 중심으로 가상의 호 처리 실험 공간을 구축하고 일정 시간 운영해봄으로써 시스템의 성능에 병목현상이 되는 부분이 있는지 또 어느 운영체제의 성능이 다른 운영체제에 비해 우수한 성능을 보일 것인지를 비교 분석하였다.
본 논문에서는 국산 임베디드 프로세서인 Core-A에서 동작하는 실시간 운영체제 이식에 대해 설명한다. 운영체제 이식을 위해서는 코드 작성에 앞서 컴파일과 디버깅을 위한 개발 환경을 구축하고 운영체제 이식을 위해 새로 작성할 부분을 파악할 필요가 있다. 이식할 운영체제인 MicroC/OS-II는 교육용으로 널리 쓰이는 실시간 운영체제로 C와 Assembly로 작성되어 있으며, 프로세서에 독립적인 코드와 프로세서에 의존적인 코드가 분리되어 있어 이식이 용이하다. Core-A로의 운영체제 이식은 Context Switching이나 Critical Section과 같이 레지스터를 직접 다루어야 하는 프로세서에 의존적인 코드를 수정하여 이루어졌다
한국해양연구원에서 개발하고 있는 해저보행로봇 CR200은 6개의 다리를 이용하여 해저면에서 보행으로 이동하며 정밀 해저탐사 및 작업을 수행할 수 있는 로봇이다. 운용자는 선상제어실에서 유선으로 연결된 CR200을 원격으로 모니터링하거나 제어한다. 특히 안정적인 보행을 위해서는 100Hz의 주기로 CR200의 상태 정보가 선상제어실로 전송되고, 선상제어실에서는 전송된 정보를 기반으로 제어 명령을 산출하여 CR200으로 전송해야 한다. 이러한 주기적인 실시간 제어를 위해서는 일반적으로 실시간 운영체제를 사용하지만, 본 논문에서는 실시간 운영체제를 사용하지 않고 시스템 시간 기반의 백그라운드 프로세스로 동작하는 소프트웨어 타이머를 사용하여 실시간 제어를 하는 방법을 제안하고, 성능 평가 결과를 제시한다. 제안한 방법의 실시간 속성을 검증하기 위하여, 현재 설계에서 운영체제로 고려하고 있는 우분투 10.04와 윈도우즈 7을 CR200에 탑재되는 Advantech 사의 PCM-3362 보드에 설치하여 소프트웨어 타이머의 성능을 10ms부터 100ms까지 각각 실험하였다. 실험결과에 따르면, 두 운영체제에서 모두 누락이 없이 타이머 동작이 수행되었으며, 10ms 간격으로 타이머를 동작하였을 때에 우분투에서는 평균 오차가 $41{\mu}s$이었고 윈도우즈 7에서는 7.7ms였다. 윈도우즈 7에서의 오차는 100Hz 제어 주기에 사용하기에 적합하지 않지만, 우분투에서의 오차는 제어 주기 간격의 0.41%에 불과하기 때문에 해저보행로봇의 실시간 제어에 영향을 주지 않는 오차이다. 따라서 CR200의 임베디드 컴퓨터와 선상제어실의 원격제어 컴퓨터는 우분투 운영체제 상에서 소프트웨어 타이머를 이용하여 상호 연동되도록 구현할 예정이다.
최근 유비쿼터스 컴퓨팅의 핵심인 센서 네트워크에 많은 관심이 집중되고 있다 센서 네트워크를 구성하는 요소 중 센서노드에 탑재되는 운영체제의 경우, 제한된 컴퓨팅 자원을 가지는 센서 네트워크의 특성상 효율성, 초경량성, 실시간성, 병렬성, 이벤트 기반, 저전력, 재사용성, 프로그래밍 용이성, 그리고 이식성과 같은 요구사항들을 가진다. 본 논문에서는 이러한 요구사항들을 기반으로 (1) 유한상태기계(finite state machine)에 기반 한 컴포넌트 소프트웨어 모델을 정의하고, (2) 이러한 컴포넌트를 효과적으로 수행시킬 수 있는 실시간 운영체제를 제안한다.
실시간 시스템의 개발 및 운영에 사용되는 실시간 운영체제는 여러 개의 태스크가 동시에 작업할 수 있는 멀티태스킹 환경과 각 태스크에 우선순위를 부여하여 가장 높은 우선순위의 태스크가 CPU 를 선점하는 스케줄링 방법, 그리고 태스크간 동기화 및 통신을 위한 메커니즘을 제공하고 있다. 또한 여러 태스크들에 의해 사용되는 공유자원을 관리하기 위해 세마포어(Semaphore)를 사용하여 태스크간 동기화를 제공한다. 그러나 하나의 태스크가 세마포어를 이용하여 공유자원에 대해 여러 번 접근 할 경우, 데드락(Deadlock)을 일으킬 소지가 많다. 본 논문에서는 실시간 운영체제인 $iRTOS^{TM}$ 에서 데드락을 방지하기 위한 재귀적 세마포어(Recursive Semaphore)를 설계 및 구현하였다.
대부분의 멀티미디어 응용은 제한된 시간내에 작업이 수행되어야 하는 연성 실시간 특성을 가지고 있으며, 일반직으로 윈도우즈 또는 유닉스와 같은 범용 운영체제 상에서 수행되고 있다. 하지만, 범용 운영체제는 요구 페이징에 기반한 가상 메모리 시스템을 근간으로 하고 있으므로, 연성 실시간 태스크가 요구하는 제약조건을 처리하는데 문제점을 가지고 있다. 본 논문에서는 범용 운영체제가 연성 실시간 태스크를 원활히 지원할 수 있도록 가상 메모리 시스템을 개선시키는 방법을 제시하고 있다. 주요 아이디어는 실시간 태스크가 사용하는 메모리에 대해서 태스크의 우선순위에 기반한 고립화(isolation)를 제공하는 것이며, 이를 통해서 메모리 제약 조건하에서 연성 실시간 태스크가 제한 시간을 만족시키며 수행됨을 보이고 있다.
임베디드 시스템은 특정 임무를 수행하도록 설계된 전용 컴퓨팅 시스템으로 그 용도에 따라 다양한 하드웨어 구성요소를 가지며, 그 쓰임새에 따라 특정 하드웨어 중심으로 시스템을 구현할 수 있다. 이런 하드웨어 시스템의 자원을 효율적으로 관리하기 위해서는 그 시스템에서 요구하는 기능을 만족시키는 특정 운영체제가 필요하다. 본 논문에서는 적은 크기의 메모리에 실시간 운영체제와 파일시스템, 애플리케이션이 모두 탑재되어야 하는 Audio Player 시스템을 위한 경량 실시간 운영체제를 설계 및 구현하였다.
임베디드 시스템은 임베디드 시스템의 공간제약 특성과 고가의 메모리 가격으로 인하여 한정된 메모리 자원을 가질 수 밖에 없어 메모리 자원의 효율적인 사용 및 관리가 필요하다. 임베디드 시스템에 탑재되는 실시간 운영체제는 위와 같은 특성을 고려하여, CPU 와 함께 운영체제의 중요 자원인 메모리를 효율적으로 관리할 수 있어야 한다. 본 논문에서는 실시간 운영체제에서 메모리 누수 현상을 방지하고 메모리를 보다 효율적으로 관리할 수 있는 메모리 모니터링 기법을 설계 및 구현하였다.
무선 센서 네트워크는 최근 대두되고 있는 유비쿼터스 컴퓨팅의 연구에 힘입어, 군사용의 목적으로만 사용되던 과거와는 달리 다양한 분야에서 많은 연구가 진행되고 있다. 센서 네트워크는 제한적인 자원을 가진 노드에서 데이터 감지로 인한 이벤트, 데이터 프로세싱 그리고 노드들 간의 통신이 동시에 발생하므로 병렬처리 기능과 실시간성을 가진 운영체제가 필수적으로 요구된다. 하지만 현재 연구되고 있는 센서 네트워크를 위한 운영체제들은 이러한 요구를 만족시켜 주지 못하고 있는 실정이다. 우리는 본 논문에서 정시보장, 분산환경의 특징을 갖는 분산 실시간 객체모델인 TMO 모델을 적용하여 실시간성을 보장해주는 센서네트워크 운영체제를 제안 한다.
오늘날 임베디드 시스템은 우리들의 생활에 커다란 변화를 가져왔으며, 많은 적용분야와 다양한 기능을 갖추고 있어서 직장 생활 및 여가 생활 등에서 널리 사용되고 있다. 임베디드 시스템에 적용되는 운영체제는 높은 신뢰성과 빠른 수행속도, 적은 메모리를 특징으로 하는 실시간 운영체제(RTOS)이며, 임베디드 환경에서 저장장치를 관리하기 위한 파일 시스템은 필수 요구 조건이 되고 있다. 파일 시스템은 프로그래머가 시스템 내부의 저장장치나 네트워크상의 저장장치에 효율적인 접근을 할 수 있도록 해주며, 이러한 저장장치들로는 CD-ROM, 플로피 디스크, 하드디스크, 플래시 메모리 등이 있는데, 이러한 현존하는 많은 파일 시스템을 통할 관리할 수 있는 가상 파일 시스템(Virtual File System . VFS)을 필요로 하게 되었다 본 논문에서는 실시간 운영체제와 함께 동작하는 가상 파일 시스템을 설계하고 구현하는 방법을 제시한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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