인터럽트의 발생은 태스크의 문맥전환(context switching)을 수반한다. 이러한 문맥전환 오버헤드는, 인터럽트가 빈번하게 발생하는 경우, 임베디드 시스템의 성능을 심각하게 저하시킬 수 있다. 본 논문은 비동기 시리얼 통신에서의 빈번한 송수신 인터럽트 발생으로 인한 처리 오버헤드를 줄이기 위해, 일정한 수의 인터럽트를 누적시켜 한 번에 처리하는 인터럽트 통합(IC, interrupt coalescence) 기법을 적용한 확장 비동기 시리얼 통신 기법을 소개한다. 이 기법에 대한 성능 평가를 위해 한 바이트 단위로 송수신 인터럽트가 발생하는 기존 비동기 시리얼 통신 방식을 LN2440SBC 임베디드 보드와 uC/OS-II 상에서 구현 하여, 인터럽트 처리 소요 시간을 비교 평가한다. 평가 결과, 제안한 방식의 송수신 인터럽트 처리 소요 시간은 기존 방식에 비해, 저속(9,600 bps)의 경우, 송신은 평균 25.18% 수신은 평균 41.47%의 감소를 보이며, 고속(115,200 bps)의 경우, 송신은 평균 16.67%, 수신은 평균 25.61%의 감소를 보임으로써, 송수신 인터럽트 처리 오버헤드의 감소를 보인다.
인터럽트의 발생은 태스크의 문맥전환(context switching)을 수반한다. 이러한 문맥전환 오버헤드는, 인터럽트가 빈번하게 발생하는 경우, 임베디드 시스템의 성능을 심각하게 저하시킬 수 있다. 본 논문은 비동기 시리얼 통신에서의 빈번한 송수신 인터럽트 발생으로 인한 처리 오버헤드를 줄이기 위해, 일정한 수의 인터럽트를 누적시켜 한 번에 처리하는 인터럽트 통합(IC, interrupt coalescence) 기법을 적용한 확장 비동기 시리얼 통신 기법을 소개한다. 이 기법에 대한 성능 평가를 위해 한 바이트 단위로 송수신 인터럽트가 발생하는 기존 비동기 시리얼 통신 방식을 LN2440SBC 임베디드 보드와 uC/OS-II 상에서 구현 하여, 인터럽트 처리 소요 시간을 비교 평가한다. 평가 결과, 제안한 방식의 송수신 인터럽트 처리 소요 시간은 기존 방식에 비해, 저속(9,600 bps)의 경우, 송신은 평균 25.18% 수신은 평균 41.47%의 감소를 보이며, 고속(115,200 bps)의 경우, 송신은 평균 16.67%, 수신은 평균 25.61%의 감소를 보임으로써, 송수신 인터럽트 처리 오버헤드의 감소를 보인다.
The request of interrupt accompanies a context switching. If the interrupt is frequently requested, this overhead of context switching can reduce seriously the performance of embedded systems. In order to reduce processing overhead due to frequently requested communication interrupts at Asynchronous...
The request of interrupt accompanies a context switching. If the interrupt is frequently requested, this overhead of context switching can reduce seriously the performance of embedded systems. In order to reduce processing overhead due to frequently requested communication interrupts at Asynchronous Serial Communication, this paper introduces the method of Expanded Asynchronous Serial Communication with the Interrupt Coalescence(IC) that accumulates a fixed number of interrupts and processes them in one time. we implement the existing Asynchronous Serial Communication that requests communication interrupts by one byte at an LN2440SBC embedded board with a uC/OS-II and compare interrupt processing time for the performance evaluation about proposed method. As a result, the communication interrupt processing time of proposed method appears in case of low speed(9,600 bps), the decline of an average 25.18% at transmission, the decline of an average 41.47% at reception. and in case of hight speed(115,200 bps), the decline of an average 16.67% at transmission, the decline of an average 25.61% at reception.
The request of interrupt accompanies a context switching. If the interrupt is frequently requested, this overhead of context switching can reduce seriously the performance of embedded systems. In order to reduce processing overhead due to frequently requested communication interrupts at Asynchronous Serial Communication, this paper introduces the method of Expanded Asynchronous Serial Communication with the Interrupt Coalescence(IC) that accumulates a fixed number of interrupts and processes them in one time. we implement the existing Asynchronous Serial Communication that requests communication interrupts by one byte at an LN2440SBC embedded board with a uC/OS-II and compare interrupt processing time for the performance evaluation about proposed method. As a result, the communication interrupt processing time of proposed method appears in case of low speed(9,600 bps), the decline of an average 25.18% at transmission, the decline of an average 41.47% at reception. and in case of hight speed(115,200 bps), the decline of an average 16.67% at transmission, the decline of an average 25.61% at reception.
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문제 정의
본 논문은 비동기 시리얼 통신에서 빈번한 송수신 인터럽트 발생으로 인한 처리 오버헤드를 줄이기 위해, 일정한 수의 인터럽트를 누적시켜 한 번에 처리하는 인터럽트 통합(interrupt coalescence) 기법을 적용한 확장 비동기 통신 모듈을 제안하고, 성능평가를 통해 인터럽트 처리 오버헤드의 감소를 증명했다. 향후에는 송수신 데이터의 크기에 따라 동적으로 인터럽트 통합 수준을 결정함으로써, 송수신 인터럽트 오버헤드를 최적화 시킬 수 있는 비동기 시리얼 통신 모듈을 연구할 계획이다.
본 논문은 비동기 시리얼 통신에서의 빈번한 송수신인터럽트 발생으로 인한 인터럽트 처리 오버헤드를 줄이기 위해 일정한 수의 인터럽트를 누적시켜 한 번에 처리 하는 인터럽트 통합(IC, interrupt coalescence) 기법[2,3]을 적용한 확장 비동기 통신 기법을 제안한다. 제안한 기법에 대한 성능평가를 위해, 한 바이트 단위로 송수신 인터럽트가 발생하는 기존 비동기 시리얼 통신 방식을 LN2440SBC 임베디드 보드[4]와 실시간 운영체제인 uC/OS-II[5] 상에서 구현 하여, 비교 평가 한다.
제안 방법
본 논문은 구현을 위해 ARM9 기반의 S3C2440A 마이크로프로세서가 내장된 LN2440SBC 임베디드 보드와 우선순위 기반의 선점형 실시간 운영체제인 uC/OS-II를 이용하며, 비동기 시리얼 통신으로는 RS-232C 시리얼 통신을 사용한다. RS-232C 시리얼 통신의 한 프레임의 구성은 시작비트 1 bit, 데이터 비트 8 bit, 정지비트 1 bit, 총 10 bit 로 설정한다.
성능 평가는 통신 속도, 메시지 크기, 송수신 IC 크기에 따른 송수신 인터럽트 발생 횟수와 송수신 인터럽트 처리 소요시간을 측정한다.
IC 기법을 적용한 송수신 모듈은 기존 비동기 통신을 기반으로 설계 했으며, 그림 3과 같이 소프트웨어 링 버퍼와 하드웨어 FIFO 버퍼를 사용하는 인터럽트 기반의 이중 버퍼링 구조를 가진다. 송수신 함수는 멀티 바이트 단위로 송수신이 이루어지며, 링 버퍼의 빈 공간 및 데이터의 존재 유무는 기존 비동기 시리얼 통신 모듈과 같이 카운팅 세마포어를 이용하여 확인한다.
데이터처리
본 논문은 비동기 시리얼 통신에서의 빈번한 송수신인터럽트 발생으로 인한 인터럽트 처리 오버헤드를 줄이기 위해 일정한 수의 인터럽트를 누적시켜 한 번에 처리 하는 인터럽트 통합(IC, interrupt coalescence) 기법[2,3]을 적용한 확장 비동기 통신 기법을 제안한다. 제안한 기법에 대한 성능평가를 위해, 한 바이트 단위로 송수신 인터럽트가 발생하는 기존 비동기 시리얼 통신 방식을 LN2440SBC 임베디드 보드[4]와 실시간 운영체제인 uC/OS-II[5] 상에서 구현 하여, 비교 평가 한다.
성능/효과
그림 5는 기본 모듈에 대한 확장 모듈의 송수신 IC 크기에 따른 평균 인터럽트 처리 소요 시간의 감소율을 보여준다. 저속의 9,600 bps에서는, 송신은 평균 25.18% 수신은 평균 41.47%의 감소를 보이며, 고속의 115,200 bps 에서는, 송신은 평균 16.67%, 수신은 평균 25.61%의 감소를 보임으로써, 송수신 인터럽트 처리 오버헤드의 감소를 보인다.
평가 결과, 제안한 방식의 송수신 인터럽트 처리 소요시간은 기존 방식에 비해, 저속(9,600 bps)의 경우, 송신은 평균 25.18% 수신은 평균 41.47%의 감소를 보이며, 고속(115,200 bps)의 경우, 송신은 평균 16.67%, 수신은 평균 25.61%의 감소를 보인다.
후속연구
본 논문은 비동기 시리얼 통신에서 빈번한 송수신 인터럽트 발생으로 인한 처리 오버헤드를 줄이기 위해, 일정한 수의 인터럽트를 누적시켜 한 번에 처리하는 인터럽트 통합(interrupt coalescence) 기법을 적용한 확장 비동기 통신 모듈을 제안하고, 성능평가를 통해 인터럽트 처리 오버헤드의 감소를 증명했다. 향후에는 송수신 데이터의 크기에 따라 동적으로 인터럽트 통합 수준을 결정함으로써, 송수신 인터럽트 오버헤드를 최적화 시킬 수 있는 비동기 시리얼 통신 모듈을 연구할 계획이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
IC 기법을 사용하기 위해서는 어떤 조건이 필요한가?
IC 기법은 라이브룩 현상을 막기 위해 고속 네트워크 환경에서 사용되는 방법으로, 패킷이 도착할 때마다 인터럽트를 발생시키지 않고 일정한 양의 패킷이 도착하거나 시간이 경과 했을 때 인터럽트를 발생시킴으로써, 패킷 처리를 위한 인터럽트 발생 횟수를 줄여 인터럽트 처리 오버헤드를 감소시키는 기법이다. 이 기법을 사용하기 위해서는 통신 하드웨어 장치가 추가적인 버퍼를 유지하고, 정해진 시간이나 패킷 수에 따라, 인터럽트를 발생시키는 것을 관리해야 한다.
인터럽트의 발생은 무엇을 수반하는가?
인터럽트의 발생은 태스크의 문맥전환(context switching)을 수반한다. 이러한 문맥전환 오버헤드는, 인터럽트가 빈번하게 발생하는 경우, 임베디드 시스템의 성능을 심각하게 저하시킬 수 있다.
프로세서와 연결된 장치로부터 데이터를 받아들이는 방법은 어떻게 구분할 수 있는가?
프로세서와 연결된 장치로부터 데이터를 받아들이는 방법은 크게 폴링(polling) 또는 인터럽트 구동 (interrupt-driven) 방식으로 구분할 수 있다. 빠른 응답 시간을 요구하는 시스템의 경우, 데이터의 존재 유무를 주기적으로 확인하는 폴링보다 데이터가 존재시 인터럽트를 발생시켜 해당 서비스 루틴을 수행하도록 하는 인터럽트 구동 방식이 더 적합하다[1].
참고문헌 (9)
구철회, "디바이스 데이터 입출력에 있어서 폴링 방식과 인터럽트 구동 방식의 데이터 처리 방법", 한국항공우주학회지, 제 33권, 9호, pp. 113-119, 2005. 9.
박석중, 우준, 이재국, 김형식, "과학계산용 클러스터 파일시스템에서의 인터럽트 통합효과 분석", 한국 컴퓨터종합학술대회 논문집(D), 제 35권, 1호, pp. 105-109, 2008.
Ravi Prasad, Manish Jain, Constantinos Dovrolis, "Dovrolis. Effects of interrupt coalescence on network measurements.", Passive and Active Measurements (PAM) conference, April 2004.
Jean J. Labrosse, "MicroC/OS-II The Real-Time Kernel Second Edition의 역서", pp. 1-605, 에이콘, 2003.
Jeffrey C. Mogul, K. K. Ramakrishnan, "Eliminating receive livelock in an interrupt-driven kernel", ACM Transactions on Computer Systems (TOCS), v.15 n.3, pp. 217-252, 1997. 8.
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