프로토콜 검증에 있어서 reachability analysis를 사용하는 방법은 널리 알려지고 많이 사용되는 방법이다. Reachability analysis를 통한 검증 방법에 있어서는 프로토콜의 동작을 나타내는 reachability graph의 생성이 중요하다. 그러나 시간이 관련되는 경우 발생하는 상태 수 폭증또는 시간의 실수적 성질의 문제가 있어서 reachability graph의 생성에 큰 장애가 되어왔다. 실시간 시스템이나 프로토콜에 있어서 타이머는 대기 시간의 한계를 지정하거나 일정한 시간간격을 시스템에 알릴 수 있도록 하는 등 시간의 상대적 기준점으로 사용되며 이외에도 여러 가지 용도로 타이머를 사용하게 되어 프로토콜을 모델링하는데 있어서 타이머는 불가결하다. 본 논문에서는 타이머를 모델링하지 못하며 통신 프로토콜과 그 환경을 모델링하는데 적절치 못하던 기존의 방법과 달리 타이머를 포함하며 통신 프로토콜과 그환경을 적절히 표현할 수 있도록 시스템을 기술하는 방법과 함께 상대적 시간 개념으로 천이와 타이머를 다루는 방법을 통해서 시간개념과 타이머가 들어있는 프로토콜의 reachability graph를 유도하는 방법을 제안하였다. 제안한 방법을 통해서 기존방법으로는 찾아낼수 없었던 시스템의 오류를 찾아낼 수 있었다. 이를 통해 보다 실제 프로토콜에 가깝에 모델링하고 검증할 수 있는 기반을 마련하고 있다.
태블릿 PC의 경우 개발의 편의성 및 다양한 기능을 제공하기 위해 모바일 운영체제인 윈도우 8을 사용하는데 윈도우 계열의 경우 실시간 처리를 보장하지 못하는 문제점이 있다. 또한 기존의 상용 솔루션과 RTiK 계열의 경우 윈도우와는 독립적인 타이머 인터럽트를 생성하기 위해 사용했던 로컬 APIC 타이머 카운트 값을 얻어 올 수 없기 때문에 실시간 처리 기능을 제공하기 어려운 문제점이 있다. 따라서 본 논문에서는 태블릿 PC의 윈도우 8환경에 실시간 처리 기능을 제공하기 위해 MSR_FSB_FREQ 레지스터를 이용하여 로컬 APIC 초기 카운트 값을 설정하였다. 또한 윈도우의 저전력 기법인 C-State를 제어함으로써 생성한 타이머 인터럽트의 주기성을 보장하여 실시간 처리 기능을 제공하는 RTiK+를 설계 및 구현하였다. 구현한 RTiK+의 성능 검증 및 평가를 위해 CPU 클럭 틱의 수를 반환하는 RDTSC 명령어를 사용하여 생성된 실시간 쓰레드의 주기를 측정하였고, 1ms 주기에서 오차범위 내에서 정상 동작함을 확인하였다.
임베디드 시스템에 구현되는 대부분의 어플리케이션들은 MCU가 제공하는 타이머를 사용한다. 타이머 사용의 목적은 실시간 운영체제의 소프트웨어 타이머 구현에서부터 센서의 워밍업이나 처리의 경과 시간 측정 등에 이르기까지 다양하다. 이들어플리케이션들이의시간측정은그길이뿐만아니라정밀도측면에서수us~수백ms 정도로 그 범위가 다양하다. 이 논문에서는 타이머를 활용하는 과정에서 클록 펄스 비동기화로 인해 발생할 수 있는 오차 요인을 분석하고, 이러한 오차를 감소시키기 위한 타이머 클록 펄스 동기화 방안을 제시한다. 실험 결과, 32768Hz의 타이머를 8 분주한 4096Hz 타이머의 경우 약 230us까지의 편차가 발생하지만, 제안된 방법을 적용하면 타이머로 인한 편차를 10us 이내로 유지할 수 있다.
데이터 중심 발간-구독 방식의 DDS 에서 특정 시간 및 일정 시간 간격으로 발생하는 이벤트를 처리하기 위한 타이머 모델을 쓰레드풀 기반으로 구현하였으며, 기존 병행처리 모델과 문제점을 제시하고, 제안한 모델의 구조 및 동작 방식에 대하여 제시하였다. 타이머 서비스를 지원하기 위해 사용된 각 클래스의 기능 및 구현을 통해서 연성 실시간 이벤트 처리가 가능한 타이머 모델을 어떻게 구현하였는지 제시한다.
향후 국내에서 개발되는 저궤도 관측위성의 고성능 탑재컴퓨터로 유럽에서 자체적으로 개발하여 위성용으로 활용하고 있는 MCM-ERC32 를 사용할 예정이다. MCM-ERC32 는 크게 32-비트 ERC32SC 프로세서와 프로세서의 기능을 보완하고 추가적인 기능들을 제공하기 위해 제작된 ASIC인 VASI(Very Advanced Sparc Interface), 그리고 메모리(SRAM, DRAM, EEPROM, etc.)로 구성되어 있다. 위성의 탑재소프트웨어를 설계 및 개발하는데 있어서 가장 기본적으로 요구되는 기능이 타이머이다. 탑재소프트웨어는 타이머를 통하여 태스크들의 관리와 스케쥴링 등을 수행하게 된다. 위성과 같이 높은 정확도가 요구되는 실시간 임베디드 시스템에서는 타이머의 구현이 매우 중요하다. ERC32SC 프로세서 자체에서도 RTC, GPT(General Purpose Timer), WDT(Watchdog Timer)와 같은 기본적인 타이머 기능을 제공하지만 VASI 에서도 클락과 사이클이라는 개념을 이용한 RTC 를 제공한다. 어느 타이머를 사용하는가는 전적으로 개발자의 선택이다. ERC32SC 프로세서에서 제공하는 타이머는 상용의 임베디드 시스템에서 제공하는 기능과 동일하다. 본 논문에서는 위성탑재소프트웨어 개발에 필요한 RTC 를 설계하기 위한 MCM-ERC32 에서 제공하는 VASI RTC 의 구조와 기능에 대하여 소개하고자 한다.
TCP(Transmission Control Protocol)는 신뢰성 있는 전송계층 프로토콜이다. 이것은 데이터 스트림을 TCP 로 전달하는 응용프로그램이 전체 스트림을 순서에 맞고 오류 없이 전달하는 것을 의미한다. TCP 는 오류 제어를 이용하여 신뢰성을 제공하는데, 오류제어는 손상 세그먼트, 손실 세그먼트, 순서가 어긋난 세그먼트, 그리고 중복 세그먼트를 감지하는 메커니즘이 포함되며 특히 타이머(timer)를 이용한 오류제어를 본 내용에서 설명하고 있다.
본 논문은 홈 게이트웨이에서 타이머를 고려한 슬립 모드를 이용하여 효과적인 전력 소비 방안을 제안한다. 본 논문에 의하면 홈 게이트웨이로 유입되는 패킷을 실시간 패킷과 비실시간 패킷으로 구분하고 비실시간 패킷을 지연시킨다. 따라서 비실시간 패킷은 타이머를 고려한 메커니즘을 통해 추가적인 대기시간을 얻음으로써 홈 게이트웨이의 슬립 시간을 증가 시킬 수 있다. 성능 분석을 위하여 non-preemptive two priority queueing 모델을 이용하였다. 그 결과, 비실시간 트래픽을 지연시킴으로써 기존 방안에 비하여 제안 방안의 소비되는 전력이 감소됨을 확인할 수 있다.
실시간 운영체제는 시간 결정성이 가장 중요시되는 운영체제이다. 다시 말해, 예측가능성을 제공함으로써 시스템의 성능을 예측할 수 있게 하여 최적화된 시스템의 설계 및 구현을 가능하게 한다. 그러나 실시간 운영체제상의 응용프로그램은 여러 가지 요인으로 인해 그 수행시간을 예측하기가 쉽지 않다. 본 논문은 시스템에 탑재된 타이머를 이용하여 태스크의 사용시간을 측정할 수 있는 방법을 설계 및 구현하였다.
최근 대부분의 시스템은 즉각적인 정보를 요구하는 실시간 시스템이다. 실시간 시스템은 오류에 대한 유연적인 대체를 필요로 하는 내고장성 시스템(fault tolerant system)의 개념을 지향한다. 내고장성 시스템은 보다 정확한 시스템 설계가 중요하며, 특히 실시간 시스템에서 필요로 하는 여러 종류의 시간제약에 대한 풍부한 표현력과 명세된 시간에 대한 검증이 중요하다. 본 논문은 특정 시점과 시간 간격, 주기, 이산 시간, 다수의 타이머에 의한 동적 등의 시간 관련 동작을 ATM(Abstract Timed Machine)에 기반으로 명세하고 명세된 시간에 대한 분석을 살펴본다.
의료 기기, 항공 제어, 군 장비 등에서 쓰이는 임베디드 시스템은 특정한 목적만을 수행하기 위해 따로 설계된 시스템을 말한다. 이러한 임베디드 시스템에서는 정확한 시간을 예측하여 정해진 시간 안에 처리하기 위한 실시간성이 제공되어야 한다. 리눅스는 다수의 사용자가 이용하는 안정되고 검증된 운영체제로서 임베디드 시스템에서 많이 사용되며, 실시간성을 제공하기 위해 RTAI, RT-Linux를 이용한다. 하지만 RTAI는 Hard Real-time을 제공하지 못하는 문제점을 가지고 있고, RT-Linux의 경우 Hard Real-time은 제공하지만 많은 어셈 코드를 수정해야 하기 때문에 개발의 어려움이 있다. 또한 리눅스 커널에 실시간적 요소를 직접 추가하는 방법도 있지만 커널 코드를 수정할 때 마다 커널 컴파일을 해줘야 하는 문제점이 있다. 이에 따라 리눅스 상에서 실시간성을 제공해 주면서, 개발의 편의성을 제공 할 수 있는 방법이 필요하다. 본 논문에서는 실시간성을 제공하기 위한 타이머 핸들러 부분을 커널 코드로부터 분리하여 실시간성을 제공 해주며, 개발의 편의성을 제공할 수 있는 방법을 설계 및 구현하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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