[논문]리눅스 기반의 무인항공기를 위한 ARINC 653 프로세스 지원

한상현; 이상헌; 진현욱

리눅스 기반의 무인항공기를 위한 ARINC 653 프로세스 지원
Support for ARINC 653 Processes over Linux-based Unmanned Aerial Vehicles 원문보기

정보과학회논문지. Journal of KIISE. 컴퓨팅의 실제 및 레터, v.16 no.11, 2010년, pp.1056 - 1060

한상현 (건국대학교 컴퓨터공학부) , 이상헌 (건국대학교 컴퓨터공학부) , 진현욱 (건국대학교 컴퓨터공학부)

초록
AI-Helper

항공 시스템에 사용되는 소프트웨어는 높은 신뢰성과 생산성이 요구된다. 이와 같은 요구로 인하여 IMA(Integrated Modular Avionics)의 파티션 OS 개념을 가진 ARINC 653 같은 항공 시스템 운영체제와 응용프로그램 간 인터페이스를 정의한 표준이 등장하였다. ARINC 653을 사용한 운영체제나 유인 항공기의 예는 많다. 하지만 아직까지 무인 항공기를 위한 리녹스 기반의 ARINC 653은 연구된 바 없다. 리녹스는 항공 ARINC 653의 요구사항을 충분히 충족시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 본 논문에서는 리녹스 기반의 ARINC 653 프로세스 모델을 위한 설계를 제안하고 초기 버전을 구현한다. 구현된 결과물을 통해 제시된 리녹스 기반 ARINC 653이 무인 항공기에 충분히 활용 가능함을 보인다.

Abstract ▼ AI-Helper

The software running on avionic systems is required to be highly reliable and productive. Due to these demands, the standard such as ARINC 653 has been suggested, which includes the abstraction of resource partitioning and defines interfaces between avionic operating system and applications. Though there are many manned aerial vehicles employing ARINC 653 based operating systems, Linux-based ARINC 653 for unmanned aerial vehicles has not been studied yet. In this paper, we propose the design of Linux-based ARINC 653 process model and present preliminary implementation. The experiment results present that the implementation is enough to support control software of unmanned helicopter.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

일부 무인 비행체(UAV, Unmanned Aerial Vehicles)의 제어 시스템이나 대형 항공기의 객실 시스템에 리눅스 시스템이 적용되고 있고 이런 사실들은 리눅스 시스템이 실제 항공기에 적용될 수 있음을 보여준다 리눅스를 적용한 연구들 중에 ARINC 653을 지원하기 위한 연구는 아직까지 수행되지 않고 있으나, 리눅스 시스템이 ARINC 653표준을 지원할 수 있는 잠재력은 충분하다. 본 논문에서는 리눅스 시스템에서 ARINC 653의 프로세스 모델을 지원하기 위한 방안을 연구한다.
본 논문에서는 연구의 초기 단계로 하나의 파티션만을 지원하는 ARINC 653 프로세스 모델을 구현하였다. 그리고 파티션 안의 프로세스 스케줄링을 위한 EDF 스케줄러로 EVIDENCED〕사의 SCHED_DEADLINE을 사용하였다.
이렇게되면 EDF 스케줄러는 항상 하나의 Red-Black Tree만을 보게 되고 파티션이 스케줄링 될 때 마다 새롭게 Red-Black Tree를 구성하는 추가적인 오버헤드 없이자연스럽게 다른 파티션의 프로세스들을 스케줄링 할수 있다. 본 논문에서는 연구의 초기단계로 프로세스 간스케줄링에 한하여 구현한다. 초기 버전으로 구현한 설계가 단일 파티션이지만 4.
본 논문에서는 항공 소프트웨어 표준인 ARINC 653 의 프로세스 모델을 리눅스 환경에서 효과적으로 지원할 수 있는 설계를 제안했다. 그리고 초기 단계로 실제 리눅스 환경에 구현하고 이것의 성능을 측정하였다.

제안 방법

그 후 프로세스가 생성될 수 있는 환경이면 ARINC 653에서 사용하는 PID (ARINC PID)를 반환하고 Context와 스택을 리셋한다. 그리고 반환된 PID를 이용하여 START 함수를호출하여 실제 프로세스를 생성한 후 실행시킨다.
그리고 인위적으로 수행시간을 초과시킬 경우프로세스가 시작한 시간을 측정하고 오버런을 체크하기위한 타이머가 호출된 시간을 측정한다.
수 있는 설계를 제안했다. 그리고 초기 단계로 실제 리눅스 환경에 구현하고 이것의 성능을 측정하였다. 측정 결과 구현된 결과물은 충분히 무인 항공기에 활용 가능함을 보였다.
ARINC 커널 모듈은 시스템에서 수행될 파티션 정보와 프로세스들의 전체 정보를 가지고 있다. 그리고 파티션에 포함되어 있는 프로세스들의 주기와 실행시간 값을 EDF 알고리즘으로 계산하여 프로세스가실행될 수 있는지 여부를 판단한다. EDF 스케줄러는하나의 파티션에 속해 있는 프로세스의 스케줄링을 담당한다.
ARINC 653은 항공기를 위한 표준이다. 때문에 실 항공기에 적용된 소프트웨어를 사용하여 항공기에 적용된소프트웨어 주기를 설정하여 실험을 진행하였다. 실험에서 참고한 프로세스의 주기 및 작업은 한국항공우주연구원에서 개발된 무인헬기[12]에 탑재된 항공제어 소프트웨어를 참고하였다’ 이 소프트웨어는 5개의 프로세스를 가지고 있다.
있다. 리눅스 환경에서 ARINC 653 표준을 지원하기 위하여 커널 영역에 ARINC 모듈, Earliest Deadline First(EDF) 스케줄러를 추가하였다. 그리고 사용자영역에 ARINC 653 라이브러리와 StartUP 프로세스를구성하였다.
본 논문에서 제시한 ARINC 653 프로세스 구현이 어느 정도의 정확성을 가지는지 알아보기 위해서 lOOus의주기와 50us의 주기별 수행시간으로 설정된 프로세스를수행한다. 그리고 인위적으로 수행시간을 초과시킬 경우프로세스가 시작한 시간을 측정하고 오버런을 체크하기위한 타이머가 호출된 시간을 측정한다.
본 장에서는 리눅스 시스템에서 ARINC 653 프로세스를 지원할 수 있는 방안을 제안한다.
성능 측정은 Intel Mobile 1.4GHz를 장착하고 있는 ADVENTECH PCM-9584 산업용 임베디드 보드에서수행했다.
하나의 ARINC 653 프로세스를 생성하여 프로세스가 실행되는 주기를 변경해 가며 실험을 진행하였다.

대상 데이터

그리고 파티션 안의 프로세스 스케줄링을 위한 EDF 스케줄러로 EVIDENCED〕사의 SCHED_DEADLINE을 사용하였다. 구현 대상 시스템은 Ubuntu 리눅스 (커널 버전 2.6.32.7)를 사용하였다. 구현된 소프트웨어는 다음과 같이 구성되어 있다.
때문에 실 항공기에 적용된 소프트웨어를 사용하여 항공기에 적용된소프트웨어 주기를 설정하여 실험을 진행하였다. 실험에서 참고한 프로세스의 주기 및 작업은 한국항공우주연구원에서 개발된 무인헬기[12]에 탑재된 항공제어 소프트웨어를 참고하였다’ 이 소프트웨어는 5개의 프로세스를 가지고 있다. 20ms의 주기를 가지고 실행되는 항법프로세스와 100ms의 주기를 가지고 센서에서 시리얼포트를 통해 데이터를 읽어 들이는 센싱 프로세스 4개로구성되어 있다.

성능/효과

하지만 그 미만의 주기부터는 프로세스의 실행 주기가 정확하게 지켜지지 않는다. 따라서 본 논문에서 제시한 구현은 측정환경에서 프로세스의 주기를 50us의 시간 해상도까지 지원해줄 수 있음을 알 수 있다.
이것은 HM 이 프로세스의 오버런이 발생할 경우 매우 빠르게 프로세스의 오버런을 인지할 수 있다는 것을 보여준다. 무인 비행체에서 수행되는 프로세스의 주기가 10ms 이상인 것을 고려할 때 본 논문에서 제안한 ARINC 653 프로세스 구현의 수행시간 정확도는 매우 높다고 볼 수 있다.
단위를 가진다. 실험의 결과를 보면 50us까지 프로세스는 정상적인 주기에 수행되며 실행주기 마다 약 0.7us-2.4us 사이의 평균 오차를 보인다. 하지만 그 미만의 주기부터는 프로세스의 실행 주기가 정확하게 지켜지지 않는다.
그리고 초기 단계로 실제 리눅스 환경에 구현하고 이것의 성능을 측정하였다. 측정 결과 구현된 결과물은 충분히 무인 항공기에 활용 가능함을 보였다. 향후 여러 개의 파티션을 지원하고 효율적인 파티션 간 스케줄링 기법을 제공할 수 있는 방안을 연구할 계획이다.
그 후 시스템이 구동될 때 StartUP프로세스가 설정파일을 읽어 들여 파티션에 관한 정보를 획득한다. 획득한 파티션 정보를 ARINC 653 라이브러리를 통해 커널에 존재하는 ARINC 모듈에 전달하고 설정파일에 저장되어 있던 정보들이 이상이 없으면 ARINC 커널 모듈은 StartUP 프로세스에 게 전달받은 데이터들을 저장한 후 StartUP 프로세스에게파티션을 생성해도 좋다는 결과를 전달한다. 마지막으로 StartUP 프로세스는 config 파일에 정의된 파티션 정보에 따라 ARINC 파티션을 생성한다.

후속연구

향후 여러 개의 파티션을 지원하고 효율적인 파티션 간 스케줄링 기법을 제공할 수 있는 방안을 연구할 계획이다. 아울러 HILS에 적용할 계획이다.
있다. 이를 통해 본 논문에서 제시한 ARINC 653을 위한 프로세스 지원이 실제 무언 항공기에 적용 가능함올 알수 있다.
측정 결과 구현된 결과물은 충분히 무인 항공기에 활용 가능함을 보였다. 향후 여러 개의 파티션을 지원하고 효율적인 파티션 간 스케줄링 기법을 제공할 수 있는 방안을 연구할 계획이다. 아울러 HILS에 적용할 계획이다.

참고문헌 (12)

김대영, 도윤미, 김주홍, 조혜영, 성종우, "실시간 운영체제 연구 개발 동향", 전자공학회지, 제29권, 9호, pp.78-86, 2002.

원문보기 상세보기
"Design Guidance for Integrated Modular Avionics," ARINC report 651, Aeronautical Radio Inc, Annapolis, MD, 1991.
D. Kim, Y.-H. Lee and M. Younis, "SPIRIT-mKemel for Strongly Partitioned Real-Time Systems," IEEE Real-Time Computing Systems and Applications, 2000.
Airlines Electronic Engineering Committee, "ARINC SPECIFICATION 653 1-2," 2005.
http://ko.wikipedia.org/wiki/DO-178B
R. Nardi and O. Holland, "UltraSwarm: A Further Step Towards a Flock of Miniature Helicopters. Swarm Robotics," Lecture Notes in Computer Science, vol.4433, 2006.
S.-H, Lee, H.-W. Jin and K-Y. Bang, "Communication Support for Collaborative Embedded Controllers in Unmanned Aerial Vehicles," International Conference on Intelligent Unmanned Systems, 2010.
http://www.windriver.com/
김명현, 문승빈, 홍성경, "리눅스 기반 무인항공기 제어 애플리케이션 개발", 제어.로봇.시스템학회논문지 제12권 제1호,2006.
S.-H. Lee and H.-W. Jin, "Communication Primitives for Real-Time Distributed Synchronization over Small Area Networks," In Proc. of IEEE ISORC 2009, 2009.
http://www.evidence.eu.com/content/view/313/390/
김성필, 이장호, 김봉주, 권형준, 김응태, 안이기, "위치예측에 기반한 무인헬기 점항법 유도법칙 개발", 항공 우주기술, vol.5, no.2, pp.1-7, 2006.

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증