본 논문에서는 비행 운용 프로그램(Operational Flight Program, OFP)의 성능 향상을 위하여 멀티코어 기법을 적용한 임무 컴퓨터(Mission Computer, MC)와 OFP의 디자인에 대해 기술하였다. 우선 멀티 코어 환경에서 태스크로 지정된 영역의 프로그램을 병렬 프로그램의 표준인 오픈엠피(OpenMp)를 사용하여 지정된 코어에서 제어하는 기법을 설계하여, 이를 적용한 멀티 코어 프로그램(Mulit-Core Program, MCP)과 싱글 코어 프로그램(Single-Core Program, SCP)의 성능의 차이점에 대해 기술하였다. 항공기의 임무 컴퓨터 내에 멀티 코어를 지원하는 프로세서(General Processor Module, GPM)에 탑재되는 OFP중, 항법, 통신, 피아식별등의 비행 정보를 조종사에게 제공 및 제어하도록 설계된 전방 상향 제어 비행운용 프로그램(Integrated Up-Front Control OFP, IUFC OFP)의 성능 향상을 위한 멀티 코어 설계 기법을 제시 하였다.
본 논문에서는 비행 운용 프로그램(Operational Flight Program, OFP)의 성능 향상을 위하여 멀티코어 기법을 적용한 임무 컴퓨터(Mission Computer, MC)와 OFP의 디자인에 대해 기술하였다. 우선 멀티 코어 환경에서 태스크로 지정된 영역의 프로그램을 병렬 프로그램의 표준인 오픈엠피(OpenMp)를 사용하여 지정된 코어에서 제어하는 기법을 설계하여, 이를 적용한 멀티 코어 프로그램(Mulit-Core Program, MCP)과 싱글 코어 프로그램(Single-Core Program, SCP)의 성능의 차이점에 대해 기술하였다. 항공기의 임무 컴퓨터 내에 멀티 코어를 지원하는 프로세서(General Processor Module, GPM)에 탑재되는 OFP중, 항법, 통신, 피아식별등의 비행 정보를 조종사에게 제공 및 제어하도록 설계된 전방 상향 제어 비행운용 프로그램(Integrated Up-Front Control OFP, IUFC OFP)의 성능 향상을 위한 멀티 코어 설계 기법을 제시 하였다.
In this paper, I present the design of Operational Flight Programs(OFPs) on a Multi-Core based Mission Computer(MC) for the optimized performance of the OFPs on Multi-Core based MC. The program assigned as tasks on Multi-Core environment can be scheduled by designing with the use of OpenMp, which is...
In this paper, I present the design of Operational Flight Programs(OFPs) on a Multi-Core based Mission Computer(MC) for the optimized performance of the OFPs on Multi-Core based MC. The program assigned as tasks on Multi-Core environment can be scheduled by designing with the use of OpenMp, which is the standard for parallel programming. This paper also describes the differences between Multi-Core Program(MCP) on the technique and Single-Core Program(SCP) in terms of performance aspect. The new proposed design technique is applied to the Integrated Up-Front Control OFP(IUFC OFP) on General Processor Module where Multi-Core based. This paper describes the Multi-Core design technique for the optimized performance of the IUFC OFP, which display and control flight data(Navigation, Communication, Identification Friend or Foe) to pilot.
In this paper, I present the design of Operational Flight Programs(OFPs) on a Multi-Core based Mission Computer(MC) for the optimized performance of the OFPs on Multi-Core based MC. The program assigned as tasks on Multi-Core environment can be scheduled by designing with the use of OpenMp, which is the standard for parallel programming. This paper also describes the differences between Multi-Core Program(MCP) on the technique and Single-Core Program(SCP) in terms of performance aspect. The new proposed design technique is applied to the Integrated Up-Front Control OFP(IUFC OFP) on General Processor Module where Multi-Core based. This paper describes the Multi-Core design technique for the optimized performance of the IUFC OFP, which display and control flight data(Navigation, Communication, Identification Friend or Foe) to pilot.
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문제 정의
병렬화를 구현하는 많은 기법들 중 본 논문에서는 오픈엠피를 적용한 멀티 코어 프로그램의 성능에 대해 기술하였다. 오픈엠피는 ‘OpenMP Architecture Review Board’라는 비영리 단체에서 편리하고 효율적으로 병렬 프로그램 구현할 수 있게 책정한 표준이다.
나머지 약 5~6ms 시간은 시스템 관리, 항전 장비와의 통신과 데이터 처리에 소요된다. 본 논문에서는 이러한 오버 타임 현상을 해결하기 위한 방법으로 듀얼 코어로 설계된 임무 컴퓨터의 프로세서와 멀티 코어 기법을 적용한 IUFC OFP의 설계와 성능 향상에 대해 기술하였다.
본 논문에서는 임무 컴퓨터 내 싱글 코어로 구성되어 있는 프로세서와 IUFC OFP를 멀티 코어 기반으로의 설계 변경을 통하여 프로그램 성능을 향상시키는 기법을 제시하였다. 먼저 응용 프로그램에서 태스크로 지정된 영역을 병렬 프로그램 표준인 오픈엠피의 코어 지정 기법을 적용하여 태스크를 지정된 코어에서 제어하는 멀티 코어 프로그램 설계 방식을 사용함으로써, 싱글 코어 프로그램 방식과의 성능의 차이를 기술하였다.
본 논문은 오픈엠피를 적용하여 싱글 코어 프로그램을 멀티 코어 프로그램으로 설계하여 병렬적으로 실행할 때 더 뛰어난 성능 효과를 입증하였다. 이를 통해 현재 싱글 코어 기반의 임무 컴퓨터와 IUFC OFP 설계 및 성능을 분석하고 임무 컴퓨터와 IUFC OFP를 멀티 코어 기반으로 설계함으로써 오버 타임 현상을 해결한 성능 효과 방안에 대해 기술하였다.
먼저 응용 프로그램에서 태스크로 지정된 영역을 병렬 프로그램 표준인 오픈엠피의 코어 지정 기법을 적용하여 태스크를 지정된 코어에서 제어하는 멀티 코어 프로그램 설계 방식을 사용함으로써, 싱글 코어 프로그램 방식과의 성능의 차이를 기술하였다. 이러한 설계 결과를 바탕으로 항공기에 장착 되는 임무 컴퓨터의 설계에 적용함으로써 IUFC OFP의 실행 성능을 최적화 하고자 하였다.
본 논문은 오픈엠피를 적용하여 싱글 코어 프로그램을 멀티 코어 프로그램으로 설계하여 병렬적으로 실행할 때 더 뛰어난 성능 효과를 입증하였다. 이를 통해 현재 싱글 코어 기반의 임무 컴퓨터와 IUFC OFP 설계 및 성능을 분석하고 임무 컴퓨터와 IUFC OFP를 멀티 코어 기반으로 설계함으로써 오버 타임 현상을 해결한 성능 효과 방안에 대해 기술하였다. IUFC OFP 뿐만 아니라, 다른 OFP(FC, HUD, MFD)에서도 멀티 코어 기반으로 설계 한다면 더욱 높은 성능의 효과를 기대해 볼 수 있을 것이다.
제안 방법
본 논문에서는 임무 컴퓨터 내 싱글 코어로 구성되어 있는 프로세서와 IUFC OFP를 멀티 코어 기반으로의 설계 변경을 통하여 프로그램 성능을 향상시키는 기법을 제시하였다. 먼저 응용 프로그램에서 태스크로 지정된 영역을 병렬 프로그램 표준인 오픈엠피의 코어 지정 기법을 적용하여 태스크를 지정된 코어에서 제어하는 멀티 코어 프로그램 설계 방식을 사용함으로써, 싱글 코어 프로그램 방식과의 성능의 차이를 기술하였다. 이러한 설계 결과를 바탕으로 항공기에 장착 되는 임무 컴퓨터의 설계에 적용함으로써 IUFC OFP의 실행 성능을 최적화 하고자 하였다.
본 논문에서 구현한 멀티 코어 프로그램을 암달의 법칙으로 수식화하면 응용 프로그램 내에서 멀티 코어 프로그램 영역이 P, 코어의 수가 S가 되며, 오픈엠피를 적용한 멀티 코어 프로그램의 최대 성능 향상은 다음과 같다.
본 논문에서 기술한 IUFC OFP는 싱글 코어프로세서에 탑재되어 동작되며 항공기 안전필수 (Safety-Critical)요소를 만족하기 위한 시스템 요구도(System Requirement)를 기반으로 설계되었다. 또한 IUFC OFP는 25Hz 주기로 반복적으로 작업을 수행하고 20ms 시간 내에 20~30% CPU 여유 처리 버퍼가 고려된 수행이 이루어 져야한다.
오픈엠피는 ‘OpenMP Architecture Review Board’라는 비영리 단체에서 편리하고 효율적으로 병렬 프로그램 구현할 수 있게 책정한 표준이다. 오픈엠피를 적용한 멀티 코어 프로그램의 성능 효과를 입증하기 위해 다중 태스크 처리 기반의 영상처리 엣지 검출시뮬레이션 프로그램을 구현하였다. 싱글 코어프로세서에서는 다중 태스크를 우선순위에 따라 순차적으로 실행하며, 멀티 코어 프로세서에서는 오픈엠피를 적용하여 태스크를 병렬적으로 코어에서 각각 제어하도록 구현하였다.
후속연구
이를 통해 현재 싱글 코어 기반의 임무 컴퓨터와 IUFC OFP 설계 및 성능을 분석하고 임무 컴퓨터와 IUFC OFP를 멀티 코어 기반으로 설계함으로써 오버 타임 현상을 해결한 성능 효과 방안에 대해 기술하였다. IUFC OFP 뿐만 아니라, 다른 OFP(FC, HUD, MFD)에서도 멀티 코어 기반으로 설계 한다면 더욱 높은 성능의 효과를 기대해 볼 수 있을 것이다. 미래에는 뛰어난 성능의 첨단 항공기가 개발될 것이다.
본 논문에서 제안하는 방식인 멀티 코어 환경에서 태스크로 선언된 영역을 각각의 코어에서 제어 및 처리하게 되면 코드 수정 사항 발생 시 더 적은 고려사항으로 쉽게 코드를 수정할 수 있을 것이다. 또한 프로세서가 쿼드 코어 기반으로 설계가 되었다면 UART 통신 태스크의 작업을 송신 영역과 수신 영역을 코어 별로 독립적으로 지정하여 병렬적으로 처리한다면 시간 단축의 성능 효과를 더 기대해 볼 수 있을 것이다.
IUFC OFP 뿐만 아니라, 다른 OFP(FC, HUD, MFD)에서도 멀티 코어 기반으로 설계 한다면 더욱 높은 성능의 효과를 기대해 볼 수 있을 것이다. 미래에는 뛰어난 성능의 첨단 항공기가 개발될 것이다. 이것은 더 많은 첨단 항전 장비들이 항공기에 장착되고 더 많은 데이터들이 항공기에서 운용되지만 더 짧은 시간에 더 효율적인 작업을 수행해야 한다는 의미이다.
하지만 이 방법은 OFP 코드에서 수정할 코드를 찾아 그 영역을 일일이 멀티 코어 기반의 프로그램으로 수정해야 하는데, 이 경우 코드 수정 작업이 늘어나 프로젝트 개발 시간이 늘어나며, 추후 문제점이나 장비 추가와 같은 코드 변경사항 발생 시 멀티 코어 영역과 싱글 코어 영역을 같이 고려할 사항들이 발생할 수 있고, 코드 수정 작업에 어려움이 따를 수도 있다. 본 논문에서 제안하는 방식인 멀티 코어 환경에서 태스크로 선언된 영역을 각각의 코어에서 제어 및 처리하게 되면 코드 수정 사항 발생 시 더 적은 고려사항으로 쉽게 코드를 수정할 수 있을 것이다. 또한 프로세서가 쿼드 코어 기반으로 설계가 되었다면 UART 통신 태스크의 작업을 송신 영역과 수신 영역을 코어 별로 독립적으로 지정하여 병렬적으로 처리한다면 시간 단축의 성능 효과를 더 기대해 볼 수 있을 것이다.
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