[논문]이종 임베디드 시스템의 멀티태스킹을 위한 MDA(Model Driven Architecture) 기반의 설계

손현승; 김우열; 김영철

doi:10.3745/kipstd.2008.15-d.3.355

이종 임베디드 시스템의 멀티태스킹을 위한 MDA(Model Driven Architecture) 기반의 설계
MDA(Model Driven Architecture) based Design for Multitasking of Heterogeneous Embedded System 원문보기

정보처리학회논문지. The KIPS transactions. Part D. Part D, v.15D no.3, 2008년, pp.355 - 360

손현승 (홍익대학교 일반대학원) , 김우열 (홍익대학교 일반대학원) , 김영철 (홍익대학교 컴퓨터정보통신공학과)

초록
AI-Helper

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.

Abstract ▼ AI-Helper

The complicated embedded system for multi-tasking requires RTOS(real-time operating system). It uses the optimal OS and processor to each embedded system on the heterogeneous development environment. This paper is proposed to use UML profile of OS API and Processor Configuration, instead of cross-compiling for developing the heterogeneous embedded system. This reduces the development time and cost through generating the automatic source code with the profile information of each embedded system. We generate and port the code after modeling the two heterogeneous real time operating systems (brickOS and uC/OS-II) and the processors (Hitachi H8 and Intel PXA255) with our proposed profile of the heterogeneous embedded system.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

날로 복잡해져가는 임베디드 시스템이 멀티태스킹을 지원 하기 위해선 실시간 운영체제의 사용이 필요하며, 이종의 임베디드 시스템 개발 환경에서는 각각의 시스템에 적합한 실시간 운영체제를 사용한다. 본 논문에서는 기존 MDA 기반 개발의 핵심인 UML 프로파일을 임베디드 시스템에 적합하도록 변환하여 임베디드 시스템 개발 시 실시간 운영체제 API 및 프로세서 구성 정보의 프로파일화에 대해 제안한다. 각각의 임베디드 시스템에 적합한 프로파일을 사용한다면 최적화된 개발환경 선택을 통해 개발 기간 및 비용을 단축할 수 있다.
NET으로 이루어진다. 본 논문에서는 임베디드 시스템에 적용가능 하도록 UML 프로파일을 확장하였다.

제안 방법

첫 번째 단계는 요구사항 및 분석단계로 요구사항에 대한 정보를 문서화하고 유스 케이스 다이어그램을 이용하여 요구사항을 모델링 한다. 두 번째 단계에서는 확장된 xUML[8,9,11]을 사용하여 타겟 독립 모델을 설계한다. 타겟 독립 모델은 하드웨어 플랫폼이나 운영체제에 의존적이지 않도록 시스템을 모델링 한다.
그리고 운영체제API 정보와 프로세서의 레지스터 구성 정보가 필요하다. 본 논문에서 제안한 UML 프로파일은 임베디드 시스템에서 사용할 수 있도록 운영체제 API 프로파일과 프로세서 구성 프로파일이 사용 된다.
반대로 그래픽 기반의 LCD는 모든 처리를 픽셀단위로 처리해야 되기 때문에 매우 복잡해진다. 비교적 쉬운 처리를 위해 프레임 버퍼를 할당하고 여기에 그래픽 처리 알고리즘을 이용하여 화면에 표시될 대상을 그려주면 자동으로 화면에 표시될 수 있도록 구성되어 진다.
타겟 독립 모델은 하드웨어 플랫폼이나 운영체제에 의존적이지 않도록 시스템을 모델링 한다. 세 번째 단계는 타겟 종속 모델(TSM)로 타겟 독립 모델을 재사용하여 모델링 한다. 자동화 도구로 불가능한 부분을 추가하여 설계 한다.
운영체제의 API 프로파일은 (그림 1)과 같다. 스테레오 타입의 기본형은 클래스로 하고 여기에 Task, IPC, SYNC, GUI, MemoryMgt, Time으로 총 6가지로 나누었다.
세 번째 단계는 타겟 종속 모델(TSM)로 타겟 독립 모델을 재사용하여 모델링 한다. 자동화 도구로 불가능한 부분을 추가하여 설계 한다. 마지막 단계는 타겟 의존 코드(TDC)로 최종 코드를 작성한다.
MDA 기반의 임베디드 소프트웨어 개발 프로세스[14]는 요구사항분석, 타겟 독립 모델(TIM), 타겟 종속 모델(TSM), 타겟 의존 코드(TDC) 4가지 단계로 구성된다. 첫 번째 단계는 요구사항 및 분석단계로 요구사항에 대한 정보를 문서화하고 유스 케이스 다이어그램을 이용하여 요구사항을 모델링 한다. 두 번째 단계에서는 확장된 xUML[8,9,11]을 사용하여 타겟 독립 모델을 설계한다.
타겟 독립적인 모델은 기능적 요구사항을 시스템에 적용 하는 첫 번째 단계이다. 타겟 독립적 모델은 어떠한 하드웨어나 소프트웨어에 의존적이지 않도록 모델링 한다. 이 과정에서 생성되는 모델은 클래스 다이어그램, 병렬 메시지 다이어그램, 병렬 상태 다이어그램이다.
프로세서 프로파일은 운영체제 프로파일의 구현부로 볼 수 있다. 프로세서 프로파일은 Memory, ADConverter, ISR, GPIO, Timer 로 총 5가지로 나누었다. Memory는 메모리의 읽기와 쓰기 연산이 가능하도록 지원해준다.

대상 데이터

RAM은 64Mbyte ROM은 32Mbyte로 RCX와 비교했을 때 엄청난 성능을 가지고 있다. 또한 데이터를 전송하기 위해 직렬 통신 포트를 사용하고 리눅스에서 제공하는 터미널인 minicom을 사용하여 데이터를 주고받는다.
호스트(PC) 시스템에서 타겟(RCX) 시스템으로 데이터를 전송하기 위해서 적외선 직렬 포트 장치인 LEGO USB Tower를 사용 한다. 화면 출력장치로는 작은 크기의 LCD를 사용한다.

이론/모형

본 논문에서는 기존의 UML 프로파일을 임베디드 시스템에 적용하였다.
모든 과정에서 생성된 소스코드와 모델은 재사용 저장소에 저장 후에, 기능을 변경하거나 추가하여 새로운 임베디드 시스템을 구축하고자 한다면 저장된 모델을 재사용한다. 자동 코드 생성 기법은 모델을 텍스트로 변환하는 방법[4]을 이용한다.
타겟 종속 모델을 완성하면 코드자동생성기법[15]을 사용 하여 C, C++, Java 중 원하는 코드를 생성 할 수 있다. 다이어그램들의 메타모델과 제시한 운영체제와 프로세서 프로파일을 사용하여 코드를 생성하게 된다.

후속연구

향후 연구과제로 빠른 개발뿐만 아니라, 레거시 시스템에 적용할 경우에는 얼마나 신뢰성 있는 기능으로 오류 없이 사용할 수 있는 재사용성의 신뢰성에 대한 문제 해결과 확장된 UML 프로파일이 좀 더 범용 적으로 사용될 수 있도록 프로파일 정보의 최적화를 위한 연구가 진행 중이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	UML을 통해 특정한 프로그래밍 언어(Java, C++, 등)의 개념을 표현하거나 혹은 특정한 애플리케이션 도메인(금융, 항공우주, 전자상거래, …)의 개념을 표현하기에는 부족한 이유는?	UML은 매우 일반적인 언어이기 때문에, 특정한 프로그래밍 언어(Java, C++, 등)의 개념을 표현하거나 혹은 특정한 애플리케이션 도메인(금융, 항공우주, 전자상거래, …)의 개념을 표현하기에는 부족하다. 이런 경우 스테레오타입과 확장 속성을 사용할 수 있는데, 이것을 체계적인 형태로 정의해서 하나의 패키지로 만든 것이 바로 UML 프로파일[10]이다.
	MDA 기반의 임베디드 소프트웨어 개발 프로세스는 어떠한 단계로 구성되는가?	MDA 기반의 임베디드 소프트웨어 개발 프로세스[14]는 요구사항분석, 타겟 독립 모델(TIM), 타겟 종속 모델(TSM), 타겟 의존 코드(TDC) 4가지 단계로 구성된다. 첫 번째 단계는 요구사항 및 분석단계로 요구사항에 대한 정보를 문서화하고 유스 케이스 다이어그램을 이용하여 요구사항을 모델링 한다.
	UML 프로파일은 무엇을 정의할 수 있도록 허용하는가?	UML 프로파일은 특정 요소를 여러 가지 관점에서 확장할 수 있도록 해 준다. 스테레오타입(stereotype)을 통해 요소들을 분류할 수 있는 기준을 제공하고, 확장 속성(tagged value)을 통해 요소에 정의되지 않은 또 다른 속성을 정의할 수 있도록 도와준다. 그리고 제약조건(constraint)과 데이터 타입(data type)을 추가적으로 정의할 수 있도록 허용한다.

참고문헌 (16)

Qing Li, 'Real-Time Concepts for Embedded Systems,' CMP, 2003
Pierre Boulet, Jean-Luc Dekeyser, Cedric Dumoulin, and Philippe Marquet, “MDA for Soc Design, Intensive Signal Processing Experiment,” In FDL'03, Frankfurt, ECSI, September, 2003
A. Kleppe, J.Warmer, W.Bast, 'MDA Explained: The Model Driven Architecture: Practice and Promise,' Addison-Wiseley, 2003
OMG, http://www.omg.org/technology/documents/modeling _spec_catalog.htm
Alessandro Rubini, 'Linux Device Drivers,' OReilly, 2005
David E. Simon, 'An Embedded Software Primer,' Addison-Wesley, 1999
OMG, UML Superstructure, v2.1.1, OMG document formal/07-02-03
Steve Mellor, Marc Balcer, 'Executable UML: A Foundation for Model-Driven Architecture, Addison- Wesley,' (2002)
Leon Starr, 'Executable UML: How to build class models,' Prentice Hall PTR,(2002)
김우열, 김영철, “Adapting Model Driven Architecture for Modeling Heterogeneous Embedded S/W Components,” ICHIT2006, Vol.2, 2006. 11
김우열, 김영철, “A Study on Modeling Heterogeneous Embedded S/W Components based on Model Driven Architecture with Extended xUML,” KIPS Trans: Part D, Vol.14-D, No.1, 2007. 2
LEGO, Mind Storms, http://mindstorms.lego.com/
Hanback, EMPOS-II, http://www.hanback.co.kr/
김동호, 김우열, 김영철, “A Study on Design for Embedded S/W based on Model Driven Architecture,” IWIT, Vol.6, No.1, 67-74, 06.03
손현승, 김우열, 서윤숙, 김동호, 김동우, 김재수, 김영철, “이종임베디드 소프트웨어를 위한 코드 생성 메커니즘 및 지원도구,” 한국소프트웨어공학회, Vol.9, No.1, 170-177, 07.02.22
ISO/IEC 9126, 'Software engineering : Product quality,' http://www.iso.org

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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