'3. CortexM3/3-1. RTOS'에 해당되는 글 15건

  1. 2012.01.03 스케쥴러와 커널의 종류 (비선점형 커널, 선점형 커널) (1)
  2. 2012.01.03 Context Switching (문맥 전환) (2)
  3. 2012.01.03 Task 와 Multitasking
  4. 2012.01.03 Kernel System
  5. 2012.01.03 RTOS 의 기초 (1) - 전경/배경 시스템 (3)
이제 슬슬 RTOS 의 핵심으로 들어가고 있습니다.

시작하기 전에 사진 한 컷! 이것은 현재 저의 입천장 사진입니다.

사실 요전 4일동은 39도가 넘는 고열에 시달리며 새해를 맞이했지용.

응급실에서 주사를 맞으면서 ㅋㅋ

태어나서 이렇게 짧은기간에 이렇게 많은 병원과 주사를 맞아본 기억이 없습니다.

그때 고열로 시달리다가 입천장이 다 헐어 버려서 지금 음식도 못먹고 허미.....

 

보이시나요. 헐어서 살이 다 벗겨지고 노랗게 염증도 생기고 ... ㅠㅠ
정말 이렇게 공부해서 어디다 쓰나, 무슨 부귀영화를 누리자고 이러나 싶기도 하지만 ㅋㅋ
일단 스케쥴러와 커널의 종류에 대해서는 공부해놓고 마저 생각합시다.

그럼 시! 작!

1. 스케쥴러

이름부터가 딱 직관적입니다. 스케쥴을 짜주는 놈이지요. 디스패처(Dispatcher) 라고도 하는데요, 이놈이
다음번에 실행할 테스크를 결정한답니다.
Context Switching 이 일어나기 위한 조건은 Interrupt Service Routine 이에요 ㅋ

왜 그러냐규요??

ISR 에 의해서 테스크는 자신의 CPU 점유권을 놓게 되지요~ 그것이 Tick ISR 이던, Timer ISR 이던 DMA ISR 이던 상관없이 말이에요~

그 이후에 CPU 점유율은 커널의 스케쥴러가 갖습니다.
어떤 형태의 커널인지에 따라 이 스케쥴러는 레디 상태에 있는 테스크 들로부터 다음에 서비스를 해줘야 할 테스크를 결정하게 됩니다. 대부분의 커널들은 우선순위가 높은 테스크에게 점유율을 넘기지용~ ㅋㅋ

스케쥴러~ 내 프로그램의 스마트한 교통 순경 정도로 생각해 두시면 좋을듯~~

2. 커널의 종류 : 비선점형 커널, 선점형 커널 로 나눌 수 있다.

(1) Non-preemptive Kernel (비 선점형 커널) 

 선점을 하지 않는 커널. 먼저 점령을 하지 않는 커널.

풀어쓰니 위와 같이 되는군요?? ㅋㅋ 먼저 점령을 하지 않는다. 뭐를? CPU 점유권을~

쉬운 개념인데 이름을 좀 아리까리 하게 지은것 같기도 해요 ㅋㅋㅋ

이전 포스트에서 커널의 종류를 나누는 기준은 ISR 후에 어떤 Task 로 CPU 점유권을 넘길것이냐에 대한
원칙이 무엇이냐에 따라 종류가 결정된다고 했었던 것 기억나시나요?

비 선점형 커널은, 무조건 ISR 로 뛰어들어가기전에 돌고 있던 Task 로 다시 CPU 점유권을 넘기는 커널입니다.
아무리 우선순위가 명박이 할애비 보다 높다고 해도 필요없어요 ㅋ 꿋꿋하게 원래 돌던 놈에게 다시 넘겨주조 ~ ㅋ

그럼 이 커널은 멀티태스킹을 언제하느냐???
태스크에서 자체적으로 자신의 CPU 점유권을 놓아야 합니다 ~ OS_Dly_wait(10) 같은 방식으로요 ~ ㅋㅋㅋ

 


그림으로 보니 한결 더 이해가 빠르지요?? ㅋㅋ

그럼 어떤 특징이 있을까용?

1. 인터럽트 지연시간이 짧습니다. (흠.. 개인적으로 저는 인터럽스 지연시간은 잘 모르겠고, 인터럽스 응답시간과 복귀시간이 짧다고 말하고 싶은데 빌딩블록에는 이렇게 써있네요 ... ㅠㅜ)
2. 테스크 레벨에서도 비재진입 함수를 사용할수 있습니다 (테스크 자신이 제어권을 넘겨주기 전에는 절대로 다른 테스크로 제어권이 넘어가지 않기 떄문에, 일 다하고 제어권을 넘기면 됨ㅋㅋ)
3. 테스크의 응답성이 떨어진다. (재수업게 졸라 수행시간이 긴 테스크가 돌고있다고 가정해보세요 ㅋㅋ 우선순위가 졸라 높은 테스크가 대기중인데 제어권이 넘어올 생각을 안한다면?? 후덜덜 ㅋㅋㅋ) 

초창기 리룩스 커널과 Window3.1 이 비선점형 커널이였습니다 ㅋ
그래서 한번 뻑나면 컴퓨터 전원을 끄는 것 밖에 방법이 없었지요 ~ ㅋㅋ

도대체 CPU 점유율을 뻇어올 방법이 없거등요 ㅋㅋㅋ 훗날 다 선점형 커널로 바뀌었지만 말이죠 ㅋ

하지만 반대로 프로그램을 정말 잘 짜놓았다면?? 굉장히 안정적으로 돌릴수 있는 커널은 비 선점형이 되겠지요 ㅋㅋ 

(2) Preemptive Kernel

선점형 커널 ㅋㅋ 

이제 감이 오시죠? ㅋㅋ

딱 반대입니다. ISR 로 부터 복귀할 때 스케쥴러는 최 우선순위를 갖는 테스크에게 씨피유 점유율을 넘깁니다 ㅋ

좀더 복잡한 로직으로 동작하지만 프로그램의 응답성이 굉장히 개선이 되겠지요?

최고 중요한놈부터 꾸준히 서비스를 할수 있어 지니까요 ㅋㅋ

선점형 커널에서는 최상위 우선순위 태스크가 언제 CPU 의 서비스를 받을수 있을지 알수 있습니다.

하지만, 그렇다 보니까 Critical Section , 비재진입 함수의 사용 등에서 문제점이 발생하지요 ㅋ

아직 일이 덜 끝난상태에서 나보다 중요한 놈에게 CPU 서비스가 넘어갔는데 같은 비재진입 함수를 콜해버리고이러면 데이터가 완전히 꼬여버리자나요 ㅋㅋ

그래서 상호 배제적으로 공유자원에 접근을 하기 위한 노력들이 일어납니다 ㅋ

총 4가지의 방법이 있는데요~ 그것은 다음에 다루도록 하구요 ㅋ 지금은 제목만 알려드릴게요

1. 인터럽트 Enable/Disable
2. Semaphore 의 사용
3. TAS (Test and Set)
4. Scheduler Lock/Unlock

의 방법을 이용해서 공유자원에 상호 배제적으로 접근할 수 있답니다 ㅋㅋ

아 이번 강의 너무 길어지네.

너도 다시 공부하고 정리하는거라서 시험공부도 되고 좋네요 ㅋ
이거 그대로 인쇄해서 읽어보면서 셤공부해야겠네 ㅋ
하다가 빼먹은거 있으면 나중에 보충설명 해 드릴게요 

일단 선점형 커널의 이벤트 그림 올려드립니당

 

Posted by J.Bear

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  1. J.Bear 2012.01.03 21:44 신고  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    아~ ㅋ 한가지 더 이야기했어야 하는데 ㅋ

    그래서 요즘 나오는 윈도우들 보면 예전처럼 응답없다고 컴터 전원을 꺼야될 정도로 먹통이 되지 않자나요? ㅋㅋ

    선점형 커널이라서 그렇습니다 ㅋ

    컨트롤+알트+델 눌러서 빠져나간다음에 문제가 되는 테스크를 죽여버릴수도 있지요? ㅋㅋ

    예전에 윈도우 3.1 때는 안됬었답니다 ㅋㅋㅋ

    이 두 가지 비교해 보시면 두 커널의 차이점이 극명하게 드러나는군요 ㅋ

RTOS 의 핵심 기술!!!!! 

Context Switching 납시셨습니다 ㅋㅋㅋ

하나의 CPU 로 다중 작업을 수행할수 있도록 해주는 아주 혁신적인 기능이지용 ㅋㅋㅋ 

일단 이놈의 Context Switching 을 이해시키기 위해 아주 간단하게 그림을 하나 그려보았습니다

 

각기 다른 일을 할 수 있는 뇌가 여러개 있다고 생각해 봅시다.

이 모든 일은 동시에 수행이 되어야 하며, 일을 수행할 몸은 한개 밖에 없다고 가정해 보지요

프로그래머는 각각의 뇌에 모두 같은 몸이 달려있다고 가정한 후 프로그래밍을 마쳤습니다.

이제 해야할 일은???

징그럽긴 하지만, 가운데에 머리에사진에 내 뇌를 가져다 끼우기만 하면 되네요.

1번일이 하고싶을때는 1번 뇌를, 2번일이 하고싶을 떄는 2번 뇌를, 3번일이 하고싶을때는?? 3번뇌를 ㅋㅋㅋ 

이렇게 뇌를 통채로 재빠르게 바꾸어주는 과정을 Context Switching 이라고 부릅니다

우리나라 말로 '문맥 전환'

각 테크스가 저 주변의 뇌에 해당되는 것이구요, 실제로 장작되는 뇌를 골라서 끼워넣어주는 작업은

커널의 스케쥴러라는 놈이 수행하게 됩니다.

저 뇌들중에 어떤 뇌를 끼워 넣어 줄 것인가에 대한 기본 원칙이 무엇이냐에 따라 커널의 종류가 선점형과 비 선점형 2가지로 나뉘게 됩니다. 이는 뒤에서 한번더 다뤄보도록 하죠 중요한거니까 ㅋ

그럼 좋은 커널이란 Context Switching 이 빠른 커널이다!!! 라고 정의할수 있나요??

꼭 그렇지많은 않습니당 ㅋ CPU 가 가지고있는 레지스터의 양에 따라서 부과되는 오버헤드의 양이 달라지기 때문이지요. 즉, Context Switching 이 커널 디펜던트 하기도 하지만 CPU 디펜던트 하기도 하므로, 이것 만으로 커널의 성능을 결정 짓기에는 무리가 있다라는 소리입니다.

각각의 테스크 들은 선언이 되어 컴파일 되는 순간 스텍에 자신의 공간을 갖습니다.

CPU 는 Context Switching 을 시작할때 현제 자신의 레지스터 정보를 Stack 에 푸쉬푸쉬푸쉬푸쉬 해서 쭈우 집어 넣어놓고, 수행할 테스크의 레지스터 정보를 팝팝팝팝팝팝 해서 채워놓고 아무일도 없었던것 처럼 해당 일을 수행합니다.

그러다가 또 C.S 를 해야할 떄가 오면 다시 현재의 레지스터 정보를 스텍에 저장, 필요한 정포 팝 해서 수행

이런 일을 굉장히 빠르고도 효율적으로 수행하면서 멀티 테스킹을 하게 되는 것이지요~

 
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  1. 나다 2013.03.15 18:34  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    지하철에서 님이랑 비슷한 생각을 해서 검색했더니 역시 똑같은 생각을 한 사람이 있군요

흠... 
앞 강의에서 Kernel 을 이야기 한김에 선점혐/비선점형 커널을 이야기 하고 싶은데
그러기에는, 아직 테스크와 스케줄러, 문맥전환에 대해 먼서 설명이 필요하므로 잠시 참고 다시 기초부터~ ㅋㅋ

테스크~ 어디서 많이 들어보지 않으셨습니까? ㅋ 

 
ㅋㅋ 아 욱겨 ㅋㅋㅋ

(특히 힘든, 하기싫은 ) 일 ㅋㅋㅋ

그렇죠 ㅋㅋ  사실 코드짜는게 그렇게 적게 힘들고 하고싶은 일은 아니죠 ㅋㅋ
아 네이버 정의 정확하네 ㅋㅋㅋ

여튼 말그대로 테스크는 일의 단위 입니다. 최소한 여기서 우리는 그렇게 생각하도록 하죠~

하나의 테스크는 크게 볼때 하나의 일을 하고 있는것입니다~

약간 다른 시각에서 보면 하나의 테스크에는 각기 다른 하나의 배경 시스템을 가지고 있습니다.
즉 무한루프를 가지고 있다는 소리지요~

### 여기서 잠시 ####

쓰레드(thread) 와 테스크(Task) 는 같은 말인가요? : 의견이 분분 한데요 약간 다르다는 사람도 있고 ㅋㅋㅋ
제 개인적인 생각으로는, 우리가 지금 공부하고 있는 분야에서는 같은 단어로 간주하고 이야기해도 크게 무리가 없다
입니다. ㅋㅋㅋㅋ 참고하세요~ ㅋㅋ

##################################

그럼 멀티 테스킹은 머냐???

멀티면 여러개라는 뜻 아닙니까 ㅋㅋ 스타 멀티플레이 할때 그 멀티 ㅋㅋ

즉, 태스크가 여러개다 -> (특히 힘들고 하기 싫은) 일이 여러개다 -> 아 ㅆㅃ

가 되는것이죠 ㅋㅋㅋㅋ  일도 많은데 이것을 내보고 다 하라고???

아 이럴바에는 그냥 테스크가 하나밖에 없던 슈퍼루프 방식이 좋았어 ㅆㅃ 이런생각이 들때쯤~~~~
엄청 뛰어나신 고수분들이 말을 해줍니다 ㅋㅋ

야~ 너는 어차피 슈퍼루프 방식 코드짜듯이 그냥 짜기만 하면돼~ 
각각이 하나의 일만 한다고 생각해놓고 쭈욱 코드를 짜 놓으면, 나중에 커널이란 놈이 알아서 번갈아가며 일을
효율적으로 시켜줄꺼야

라고 조언합니다 ㅋㅋㅋㅋ

이렇게 되고나면?? 멀티 테스킹을 하는것이지요 ㅋㅋㅋ

살짝 이해가 되시나요???


생각해보면 매우 당연한 이야기 입니다.

CPU 가 한개인데 무한루프를 여러개 돈다??? 무슨수로??? 말이 안돼자나요 ㅋㅋㅋ
CPU 는 한개인데 10가지 일을 동시에 한다??? 무슨수로??? 말이 안돼자나요 ㅋㅋㅋ

멀티 테스킹이란~~~ 

여러개의 CPU 가 있는것처럼 프로그램을 짜놓고 나면, 1개의 CPU 를 가지고 엄청 빠른 시간동안에
각각의 일들을 번갈아 가면서 처리하다 보니, 사용자의 입장에서 볼때는 동시에 여러가지 일을 처리하는것
처럼 느껴지게 되는 일련의 일처리 방식입니다. 

그럼 이런것들은 어떻게 이루어지나염???

그거슬 더욱 자세히 아실려면 다음강의를 보세요 ㅋㅋ
커널의 스케줄러와 문맥전환(Context Switching) 을 이해하셔야 된답니다 ㅋ

그럼 바이바이~~
Posted by J.Bear

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익숙한 단어이지요??

리눅스 무슨 커널, 유닉스 커널 등등 들어보기는 많이 들어보시지 않았나요?

이게 앞에서 말한 Foreground/Background System 의 개량형입니다.

Kernel 이란 Multitasking System 의 일부분 입니다. 
각각의 테스크들의 Management 와 각 테스크간의 통신을 수행해주는 녀석이죠~

제가 포스팅하는 M3 에는 RTX-Kernel 이 올라가 있지요? ㅋㅋ
다른 커널들도 많답니다. 

간혹 이렇게 커널 기반에서 펌웨어를 개발하시는 분들 중에서 "OS 를 올렸다, 얹었다" 
이렇게 표현하시는 분들도 있습니다.

물론 틀린 표현은 아니지만, 저는 ㅋㅋㅋ 좀 낯이 뜨거워서 잘 사용하지 않습니다 ㅋㅋ
사실 별로 대단한것이 아니니까요 ㅋ

훗날 WinCE 나 리눅스 같은 OS 정도 얹어놓고 A8 코딩쯤 할때나 저렇게 표현해야할듯 ㅋㅋ


커널기반 프로그래밍을 이해하실려면, 아셔야 할것이 좀 있습니다.

스케쥴러, 우선순위, 세마포어, 뮤텍스 등등... 이것들은 차차 설명하고 지금은
커널기반의 프로그램이 전경/배경 시스템과 어떻게 다른지만 살펴보지요

1. 커널을 사용하면 2.5% 정도의 시간을 더 허비한다.
2. 커널 사용시 ROM, RAM 을 더 많이 사용하게 된다.

-> 머야 이건 좋은게 아니자나요?? ㅋㅋ 하지만!!!!!

1,2번을 포기함으로 인해서 돌아오는 이점은 엄청 나다는 사실을 명심하세요~

3. Real-time Kernel 은 MCU 의 수행 시간을 컨트롤 한다. (젤로 급한 놈부터 서비스 해준당)
4. 한 프로그램에 여러개의 task 가 존재한다. (즉, 무한루프가 여러개 존재한다.)
5. 이 각각의 task 들은 자기 자신이 온전히 CPU 를 독점하여 사용하는 것처럼 동작한다.

흠... 너무 뜬구름 잡는 식인감 ㅋㅋ

더욱 자세히 아실려면 이 뒤의 개념을 좀더 이해 하셔야하니까요 간단하게 읽고 넘어가세요

아래와 같은 비교가 도움이 되려나 모르겠네요~

(1) 전경/배경 시스템 : 부대의 배치, 일하는 종류, 일을 시작하고 끝내는 시간, 일을 수행하는 순서 등을 모두 하나하나 내가 직접 계산하고 결정해서 한치의 어긋남이 없이 돌아가도록 만들어 놓겠다!!! 

(즉!!! 일을 시키는 사람이 천재이거나 완벽주의자거나 ㅋㅋ 둘중하나)

(2) Kernel 시스템 : 흠...내밑에 강한 권력을 갖는 꼬봉을 하나 만들겠다.(Kernel). 나는 내가 해야할 일들을 크게 가닥을 쳐서 뭐가 더 중요한지 순서만 매겨놓고 일을 수행하는것은 꼬봉에게 맡기겠다. 내 꼬봉은 나의 의도를 참 잘 알아서 중요한 일부터 잘 번갈아가며 일을 착착 진행해 나갈것이다.


(오 스마트 가이의 일처리 방식 ! ㅋㅋㅋㅋ)

점점 뒤로 가시다 보면 진짜 이놈 스마트 하구나 라고 느끼게 됩니다 ㅋ

그럼 아래의 간단한 그림 한편 보시면서 생각해 보시길 바라며 바이바이~
 

 
Posted by J.Bear
TAG Kernel, RTOS

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아....

키보드를 들어버렸다 ㅋㅋㅋ 꽤나 긴 포스팅이 될 것 같은뎅 ㅠㅠ

사실 예전부터 정리한다 정리한다 하다가 못한 부분인데

졸업고사도 있고 하니, 다시 공부하는 김에 이곳에서 정리하여 둔다.

많은 이들이 Real-Time Operating System 을 이해하는데 조금이나바 도움이 되었으면 한다.

1. Foreground/Background System 

흔히들 Superloop 방식으로 많이 알고 있다. 왜??? while(1) 때문에 ㅋㅋㅋ
프로그램을 저 무한루프 안에 다가 다 때려 박아 주니까 ㅋㅋ 저 루프를 슈퍼루프 라고 부른다 ㅋㅋ
Atmega 계열, PIC 계열 등의 저급 MCU 코딩에 주로 사용하였을 것이다.

소형이면서 복잡하지 않은 시스템에 적합하다.

그렇다면 도대체 이놈의 슈퍼 루프가 전경(Foreground) 이냐 배경(Background) 이냐? ㅋㅋ

이것을 잘 알아두면 이야기가 쉽다. 또 프로그램을 어떻게 짜야할지도 감이 온다. 

답은!!! 백그라운드 이다. 즉 무한루프 안에서 여러가지 함수들이 쭈우우우욱 콜 콜 콜 되고 있어야한다는 소리.

그럼 전경은 뭐임????

정답은 !!!! ISR 입니다. Interrupt Service Routine !

Background 에서 열심히 작업을 하는데, 꼭 필요한 시기에 작업을 이행 해 주어야 할 것 만 같을때!!
이때 치고들어오는 것이지요. (배경, 너는 좀 쉬고있어. 내가 급하니까 재빠르게 좀 처리할께 의 느낌)

 말로만 들으니 감이 안오는가???

그림 나갑니다 ~ ㅋㅋ

 
백그라운드가 쭉쭉 일하는데 인터럽트가 걸리면 무조건 멈추고 인터럽트부터 처리를 해주고 다시 백그라운드로 복귀하고 있지용 ㅋㅋㅋ

코드를 어떻게 짜야할지 감이 오시나요??

예전에 우리 연구실에 있던 대장 노스페이스 아이가 아트메가 코드를 짜고있길래 뒤에서 보고 있었지요.
메인문에 슈퍼루프가 떡 하니 있는데 그 안에서 하는 일이 하나도 없더이다. ㅋㅋㅋㅋㅋ
그래서 물어보았죠. 왜 너는 메인문에 코드가 하나도 없냐? ㅋ
대장 왈 : 모든것은 인터럽트에서 처리해야하니까요 

알려주려해도 말을 듣지않아서 걍 말아버렸습니다만, 여러분들은 이런 생각을 하시면 안됩니다.

배경이란말이 왜 붙어있을까요? 저 슈퍼루프에서 시퀀셜하게 프로그램은 계속 돌아가고 있어야합니다.
인터럽트는 최소한의 시간에만 머물수있도록 해주어야 이 시퀀스들이 깨지질 않죠. 훗날 코드를 보며 이야기 할 기회가 있으면 그 때 자세히 알려드릴게요.

일단 전경/배경 시스템의 장점

1. 프로그램의 구조가 직관적이며 이해하기가 상대적으로 쉽다.
2. 간단한 프로그램에 짜기에 용의하다.
3. 커널에 의한 메모리손실이나 수행시간적 손실이 없다.

단점

1. 프로그램이 복잡해 질수록 코드를 짜기가 어렵다.
2. 모든 함수는 우선 순위가 같기때문에 프로그래머 자신이 순서대로 잘 돌수있게 코드를 잘 짜주어야 한다.
(즉, 손이 많이 간다는 소리지요잉~ ㅋㅋㅋ)
 

다음번에는 전경/배경/ 시스템에 반대되는 개념인 Kernel System 에 대해서 작성하겠습니다.
실질적으로는 여기서 부터가 정말 RTOS 기초의 시작이겠군요 ㅋㅋ
그럼 다음시간에 ~ 

 
Posted by J.Bear

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  1. 손님~ 2012.01.10 20:00  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    OS 좀 볼일이있어서 우연히 들어와 보게되었는데
    정말 도움이 많이 되었습니다. 감사합니다 ~~새해 복많이 받으세요~

  2. MISS!권 2012.01.25 21:41  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    대장 노스페이스 아이가..ㅋㅋㅋ 쩌는데..ㅋㅋㅋ