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태블릿 PC 환경의 실시간 처리 기능 지원
Real-Time Support on the Tablet PC Platform 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.13 no.11, 2013년, pp.541 - 550  

박지윤 (충남대학교 컴퓨터공학과) ,  조아라 (충남대학교 컴퓨터공학과) ,  김효중 (LIG 넥스원) ,  최정현 (LIG 넥스원) ,  허용관 (LIG 넥스원) ,  조한무 (LIG 넥스원) ,  이철훈 (충남대학교 컴퓨터공학과)

초록
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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.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Generally in case of tablet PC's, the Windows 8 is used to support various functions or development convenience, however it cannot support real-time processing. In addition, existing commercial solutions and RTiK has a problem to support real-time processing due to impossibility of getting APIC time...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 RTiK+의 성능을 확인하기 위해 클럭틱의 수를 반환하는 RDTSC(Read Time Stamp Count) 명령어를 사용하여 주기를 측정하였다. [그림 11]은 실험을 위하여 실시간 쓰레드에서 구현한 코드를 나타낸 그림이다.
  • 본 논문에서는 윈도우 8의 태블릿 PC환경에 실시간 처리 기능을 제공하기 위해 MSR_FSB_FREQ 레지스터를 제어하여 윈도우와는 독립적인 타이머 인터럽트가 발생하도록 하였다. RTiK+의 시간 결정성을 보장해 주기 위해 MSR_PKG_CST_CONFIG_CONTROL 레지스터를 이용하여 CPU의 동작모드를 제어함으로써 설정된 주기로 정상 동작하도록 설계 및 구현하였다.
  • 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 태블릿 PC의 윈도우 8환경에 실시간 처리 기능을 제공하기 위한 연구를 진행하였다. 이를 위해 CPU의 동작 주파수를 결정짓는 MSR_FSB_FREQ 레지스터를 제어하여 로컬 APIC 타이머 카운트 값 설정과 Intel에서 제공하는 CPU 전력 관리기술인 C-State를 제어함으로써 윈도우와는 독립적인 타이머 인터럽트를 발생시키는 RTiK+를 설계 및 구현하였다.
  • 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 논문에서는 x86기반의 모바일 운영체제인 윈도우 8에 실시간 처리 기능을 제공하기 위해 윈도우와는 독립적인 타이머 인터럽트를 통한 실시간 태스크를 생성할 수 있도록 RTiK+를 설계하였다. 이를 위해 RTiK+를 디바이스 드라이버 형태로 구현하여 별개의 HAL을 가짐으로써, 각각의 프로세서가 가지고 있는 로컬 APIC 및 커널 자원에 접근할 수 있도록 구현하였다.
  • 현재 윈도우 운영체제에 실시간 처리 기능을 제공하기 위해 개발된 RTiK-MP에 대해 기술하고, Intel에서 윈도우에 저전력 기술을 제공하기 위한 C-State에 대해 기술한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
FSB는 무엇인가? FSB(Front-Side-Bus)는 CPU와 메모리 컨트롤러 허브간의 데이터 통로를 의미하며, CPU가 주변 장치와 통신하기 위하여 사용되는 외부버스이다. 더불어 FSB는 Multiplier를 이용하여 CPU 동작 속도를 결정짓는 기능을 제공하며, 메모리 클럭 속도에 영향을 주어 동기화를 제공한다.
기존 RTiK-MP가 윈도우 8과 같은 모바일 운영체제에서 실시간 처리 기능을 제공하는 데 문제가 있던 이유는 무엇인가? 윈도우에 실시간 처리 기능 제공을 위해 개발된 기존 RTiK-MP의 경우 앞서 언급한 바와 같이 로컬 APIC 타이머 레지스터를 이용한다. 하지만 윈도우 8과 같은 모바일 운영체제의 경우 로컬 APIC의 타이머 레지스터인 초기 카운트 레지스터가 0으로 설정되어 윈도우와 독립적인 타이머 인터럽트 발생이 불가능해졌기 때문에 실시간 처리 기능을 제공하는데 문제점이 있다.
태블릿 PC에서 모바일 운영체제인 윈도우 8을 사용하는 이유는 무엇인가? 이러한 실시간 처리 기능의 경우 무인 항공체계 및 유도 무기체계, 의료기기와 같은 다양한 분야에 적용시키기 위한 연구가 활발히 진행 중이다. 하지만 일반적으로 태블릿 PC의 경우 개발의 편의성 및 다양한 기능을 제공하기 위해 모바일 운영체제인 윈도우 8을 사용하는데, 윈도우 운영체제는 실시간 처리 기능을 제공하지 못하는 문제점이 있다. 따라서 태블릿 PC에 실시간 처리 기능을 제공하기 위해서는 상용 솔루션을 사용해야한다.
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참고문헌 (14)

  1. http://www.intervalzero.com 

  2. http://www.tenasys.com 

  3. 송창인, 이승훈, 주민규, 이철훈, "멀티프로세서 윈도우즈 상에서 실시간 처리 기능 지원", 한국콘텐츠학회논문지, 제12권, 제6호, pp.68-77, 2012(6). 

  4. Intel, Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer's Manual Vol.1 : Basic Architecture, Intel, 2012. 

  5. Intel, Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer's Manual Vol.3 : System Programming Guide, Intel, 2012. 

  6. Intel, Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer's Manual Vol.2 : Instruction Set Reference, Intel, 2012. 

  7. Intel, Intel 64 Architectures x2APIC Specification, Intel, 2008. 

  8. http://www.acpi.info/spec.htm 

  9. Intel, ADVANCED CONFIGURATION AND POWER INTERFACE SPECIFICATION Revision 5.0, Intel, 2011. 

  10. D.A. Godse and A.P. Godse, Microprocessors, Technical Publications Pune, 2007. 

  11. O. Bailey, Embedded systems : desktop integration, Wordware Publishing, 2005. 

  12. Intel, MultiProcessor Specification Version 1.4, Intel, 1997. 

  13. http://en.wikipedia.org/wiki/Front-side_bus 

  14. 주민규, 이진욱, 김종진, 조한무, 박영수, 이철훈, "x86 기반의 윈도우즈 상에서 실시간 처리 기능 지원 방법", 한국차세대컴퓨팅학회논문지, 제11권, 제4호, pp.47-58, 2011(8). 

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