MPSoC 기반 임베디드 시스템을 위한 마스터/슬레이브 구조의 멀티프로세서 운영체제 = A Master-Slave Multiprocessor Operating System for MPSoC-based Embedded Systems

국문 초록 (Abstract)

최근 멀티프로세서는 높은 클럭 속도의 단일프로세서와 비교할 때 같은 성능을 내면서도 전력소모는 줄일 수 있고 사이즈는 낮출 수 있는 장점을 있기 때문에 임베디드 시장에서도 그 수요가 증가하고 있다. 이에 따라 멀티프로세서 시스템을 지원하기 위한 멀티프로세서 운영체제에 대한 관심이 날로 높아져가고 있다. 기존의 멀티프로세서 운영체제는 SMP(Symmetric Multi-Processing) 방식의 연구에 집중되고 있으나, SMP 커널은 동일한 (homogeneous) 프로세서만을 지원하고, 지원되는 프로세서의 숫자도 제한되는 단점이 있다.
반면에 최근 주목을 받고 있는 MPSoC(Multi-Processor System-on-Chip)의 경우 동일한 프로세서들뿐만 아니라 이종의 (heterogeneous) 프로세서들로 구성된다. 이러한 경우에는 SMP 커널에 비해 마스터/슬레이브 구조의 커널이 더 나은 확장성과 이식성을 제공한다.
본 연구에서는 마스터/슬레이브 구조에 적합한 커널의 내부 구조와 마스터와 슬레이브간의 효과적인 통신 방법을 제안하였으며, 이를 기반으로 MPSoC에 적합한 멀티프로세서 운영체제인 MPOS(Multi-Processor Operating System)를 개발했고 실험을 통해 그 유용성을 입증하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Because Multi-Processor gives high performance as much as high clock speed of single processor, but low power consumption and size shortened, the demand of Multi-Processor in an embedded market has been increased. So, the interest of Multi-Processor operating system for supporting Multi-Processor system has been increased as well.
Existing Multi-Processor operating system is more focusing on SMP(Symmetric Multi-Processing) but, it appears defects that support only homogeneous processor and constrain the number of processors. On the other hand, MPSoC(Multi-Processor System-on-Chip) which is recently received significant attention can support not only homogeneous processors but also heterogeneous processors. With this environment, Master/Slave kernel gives better portability and extensibility than SMP kernel.
In our study, we propose internal structure of kernel in order to be appropriate for Master/Slave structure and effective communication methodology between master and slave. Based on this, we develop MPOS(Multi-Processor Operating System) applied to MPSoC and verify its usability through delicate experiments.

목차 (Table of Contents)

• 제 1장 서론 = 1
• 제 2장 관련 연구 = 3
• 2.1. 멀티프로세서용 운영체제 모델 = 3
• 2.1.1. 개별적인 운영체제가 각 프로세서에서 실행되는 모델 = 3
• 2.1.2. 마스터/슬레이브 멀티프로세서 운영체제 모델 = 4
• 2.1.3. SMP(Symmetric Multiprocessor) 모델 = 5
• 2.2. Asymmetric 멀티프로세서 운영체제 모델 = 6
• 제 3장 MPOS 구조 = 8
• 제 4장 MPOS 구현 = 10
• 4.1. 개발 환경 = 10
• 4.1.1. H/W 플랫폼 = 10
• 4.1.2. S/W 플랫폼 = 10
• 4.2. Communication APIs = 11
• 4.2.1. 공유메모리에 대한 프로세서간의 상호 배제 = 12
• 4.2.2. Communication APIs 목록 = 14
• 4.3. MPOS의 Job 할당 (Job Allocator & Job Executor) = 15
• 4.3.1. 마스터 운영체제의 Job Allocator = 16
• 4.3.2. 슬레이브 운영체제의 Job Executor = 17
• 4.3.3. Job Queue와 Job Status Queue의 구조 = 20
• 4.4. MPOS의 커널 콜 서비스 (Kernel Call Handler & Stub) = 21
• 4.4.1. 마스터 운영체제의 Kernel Call Handler = 23
• 4.4.2. 슬레이브 운영체제의 Stub = 25
• 4.4.3. Kernel Call Queue와 Kernel Call Status Queue의 구조 = 27
• 제 5장 MPOS 성능 측정 = 29
• 5.1. 성능 측정 환경 = 29
• 5.2. 각 큐의 Communication Overhead = 29
• 5.2.1. Job Queue의 Communication Overhead = 29
• 5.2.2. Job Status Queue의 Communication Overhead = 30
• 5.2.3. Kernel Call Queue의 Communication Overhead = 31
• 5.2.4. Kernel Call Status Queue의 Communication Overhead = 32
• 5.3. 성능 비교 = 33
• 제 6장 향후 연구 과제 = 35
• 제 7장 결 론 = 36
• 참고문헌 = 37
• ABSTRACT = 41