90년대 중반 이후부터 컴퓨터 산업의 빠른 발전과 급격한 인터넷 발달로 컴퓨터 대중화가 빠르게 이루어져 왔다. 더불어 근래에는 임베디드 시스템 분야가 빠르게 성장하고 있는데, 예전에는 단순한 작업만을 요구하던 임베디드 시스템이, 사용자들의 요구가 다양해지면서 운영체제의 필요성이 높아졌다. 이 논문에서는 임베디드 시스템과 임베디드 운영체제를 정의하고, 상용되고 있는 임베디드 운영교제에 대해 간단히 살펴보도록 하고, 그 중 MicroC/OS-II의 기존의 스케줄링 방식을 수정, 확장시켜보도록 하겠다.
최근 임베디드 운영체제의 중요성이 부각되지만, 임베디드 운영체제의 개발자는 매우 열악한 상황이다. 이에 본 논문에서는 쉽게 접할 수 있는 임베디드 운영체재인 legOS를 소개하고 커널을 분석해보며, legOS의 커널 수정을 통해 RCX간의 통신 수단인 적외선 통신의 한계점을 개선하여, 적외선 통신이 불가능한 RCX간에도 통신이 가능하도록 Routing 기능을 구현하도록 한다.
낮은 처리속도와 기억용량을 가진 임베디드 센서 네트워크의 소프트웨어를 개발할 때 Tiny OS는 컴포넌트방식의 nesC 언어를 이용하여 효율적인 설계를 돕는다. 컴포넌트 방식을 이용하기 때문에 여러가지 소프트웨어의 개발에 자주 사용되는 자산을 분리하여 관리한다면 개발시간과 비용을 절감할 수 있다. 본 논문에서는 Tiny OS 기반에서 임베디드 센서 네트워크 소프트웨어 개발 시 프로덕트라인 방법을 적용하여 공통적인 자산과 가변적인 자산을 구별하고 재사용성을 높이며 개발 효율을 증대하는 방안을 제시한다. 이러한 연구는 이종의 임베디드 소프트웨어 개발에도 적용되어 늘어나는 임베디드 소프트웨어의 양적, 질적 수요를 충족시켜주는데 도움이 될 것이다.
임베디드 시스템에서의 응용 개발 기술들은 주로 임베디드 장치에 종속적인 것들로 CPU, 다양한 입력장치, 네트워크, 디스플레이, 사용자 인터페이스에 따라 개별적으로 소프트웨어 및 서버스들을 개발하는 방식으로, 소프트웨어의 내용과 복잡도의 증가에 따른 개발의 어려움이 증가하는 구조이다. 또한 네트워크를 기반으로 한 임베디드 시스템에서 이기종간의 상호운영이 가능한 서비스의 개발이 큰 문제가 되고 있다. 본 논문에서는 자바 기반의 임베디드 ORB를 설계한다. 설계한 ORB는 임베디드 OS 환경에 자바 비추얼 머신 상에서 동작 하므로 다양한 임베디드 시스템에서 별도의 코스 변환이나 수정 없이 이용할 수 있는 표준화된 API를 제공하며 모듈화를 통해 기능의 확장과 축소가 가능한 구조를 가진다. 또한 minimumCORBA 사양을 준수 함으로서 기존의 CORBA 서비스나 제품들과 상호 운영성을 유지한다.
컴퓨터 산업의 빠른 발전과 더불어 근래에는 임베디드 시스템 분야가 빠르게 성장하고 있다. 이전에 작고 단순하던 임베디드 시스템이 산업의 발전과 사용자의 다양한 요구로 운영체제의 필요성이 높아지고 운영체제하에서 관리하는 실시간 프로세스들의 크기와 복잡도가 빠르게 증가하고 있다. 본 논문에서는 분산 실시간 객체 모델인 TMO-MicroC/OS-II의 실시간 스케줄러의 설계와 구현 방법을 기술하였다. TMO-MicroC/OS-II는 $Micrium^{TM}$에서 개발한 임베디드 OS인 MicroC/OS-II에 분산실시간 객체 모델인 TMO를 적용시킨 것이다. TMO (Time-triggered Message-triggered Object)는 시간조건에 의해 구동되는 객체 내의 실시간 스레드들의 동적 맴버들로 구성되는 프로그래밍 페러다임으로 본 논문에서는 TMO모델 적용을 위한 Deadline-driven 스케줄러 구현에 대해서 기술한다.
센서 네트워크 노드는 각각 초저전력, 초소형, 저비용을 지향하는데 이러한 하드웨어 리소스를 사용하는 임베디드 OS가 TinyOS이다. TinyDB는 이러한 TinyOS 센서 네트워크로부터 정보를 추출하기 위한 쿼리 프로세싱 시스템이다. 이러한 TinyDB를 활용해서 X-Scale 기반의 임베디드 리눅스 환경에서 네트워크를 통한 Host서버와의 연계에 관한 설계 및 구현을 연구하였다.
임베디드 시스템은 컴퓨터가 내장된 특수목적 시스템으로 정의하며 가전제품, 사무기기, 무기 체계 등 매우 다양한 분야에서 사용된다. 특정 분야에서 잘 정의된 분류 기법은 교수 및 학습에 강점을 갖는데 임베디드 시스템을 위한 분류체계는 찾아보기 힘들다. 본 논문에서 우리는 임베디드 시스템의 분류체계를 제시한다. 먼저, 임베디드 시스템의 표준화된 구조를 제시한다. 이 구조에서 임베디드 시스템 응용들을 "firmware-based"와 "embedded OS-based"로 나눈다. 또한, 임베디드 시스템 응용의 특성을 기반으로 "고신뢰 응용"과 "일반 응용"으로 나누는데 그 결과 총 4 개의 영역으로 임베디드 시스템 응용을 나눈다. 우리는 각 영역의 특징을 제시하고 임베디드 응용들의 사례를 제시하여 우리의 분류체계가 적절함을 보였다. 우리의 분류체계는 임베디드 시스템의 교수/학습법에 잘 활용될 수 있을 것이다.
복잡한 임베디드 시스템의 멀티태스킹 지원은 실시간 운영체제가 요구된다. 이종의 임베디드 시스템 개발 환경에서 각각의 시스템에 최적화 된 운영체제와 프로세서를 사용한다. 본 논문에서는 이종 임베디드 시스템 개발 시 기존의 크로스 컴파일러 대신, 운영체제의 API 정보 및 프로세서 레지스터 구성 정보의 UML 프로파일화 방식을 제안한다. 이는 각각의 임베디드 시스템에 적합한 프로파일을 이용해 이종의 시스템 개발 환경을 선택하여 자동 코드 발생을 통해 개발 기간 및 비용을 단축할 수 있다. 적용사례로서 이종 시스템 프로파일 정보를 이용해 이종의 실시간 운영체제 (brickOS와 uC/OS-II) 및 프로세서(Hitachi H8과 Intel PXA255)에 맞는 모델 및 코드를 생성하여 포팅 하였다.
정보 가전 분야에 있어서 급속한 기술 발전으로 인해 하루가 다르게 새로운 기능이 추가됨에 따라 임베디드 시스템 소프트웨어의 크기 및 복잡도 또한 함께 증가하고 있고 이를 개발하고 유지보수 하는데 있어서도 막대한 비용과 노력이 요구된다. 이를 해결하기 위한 방안으로 소프트웨어의 재사용성을 높이기 위한 노력이 이어지고 있다. 본 논문에서는 프로세스 방식 기반의 OS를 적용한 소프트웨어를 스레드 방식의 OS 기반의 소프트웨어로 전환하여 임베디드 시스템을 구현하였으며 소프트웨어 방법론으로는 스레드 방식의 OS 기반 소프트웨어에 수정된 DARTS(Design Approach to Real- Time Systems) 방법론을 적용하여 시스템을 구현하였다. 이 구현된 시스템에서 재사용성을 측정하여 표로 제시하며 그 측정 결과를 분석하였다. 그리고 스레드 방식의 OS 기반 소프트웨어에 수정된 DARTS 방법론을 적응하여 코드만 재사용이 아니라 설계방법도 재사용이 가능함을 CE 제품에 보이고자 한다.
본 연구에서는 임베디드 시스템에서 많이 사용되는 대용량 플래쉬 메모리 모듈 중 멀티미디어카드 (MMC; Multi-Media Card)와 마이크로프로세서간 데이터를 송수신 할 수 있는 SPI (serial peripheral interface) 버스 인터페이스를 설계하였다. 제안하는 구조는 AMBA 버스구조의 APB 저전력 버스에 호환되도록 설계하였다. 임베디드 시스템에 OS를 탑재하게 되면 여러 가지 주변기기들을 제어하기는 쉬워지지만 하드웨어와 소프트웨어의 덩치가 커져 결국 시스템 성능에 부담스런 영향을 미치게 된다. 본 논문에서는 OS를 사용하지 않는 임베디드 시스템에 멀티미디어카드를 인터페이스하기 위하여 SPI 통신 개념을 도입하였고, FPGA로 구현하였다. 설계한 SPI 모듈은 Altera QuartusII 툴을 사용하여 자동 합성하여 P&R을 수행하였다. 결과물은 Altera CycloneII FPGA로 구현하였으며 타겟으로 정한 25MHz에서 충분히 동작 가능하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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