L4 마이크로커널을 이용한 임베디드 시스템 운영체제의 가상화

국문 초록 (Abstract)

가상화 기술을 사용하여 한 시스템에서 여러 개의 운영체제를 함께 운용할 수 있으며 데스크탑 및 서버 환경에서 이를 활용한 다양한 기술과 응용이 개발되었다.

최근 임베디드 시스템의 발전으로 인하여 다양한 저가의 임베디드 기기들이 일반 사용자뿐만 아니라 산업전반에 걸쳐 그 활용이 확대되고 있다. 이와 함께, 임베디드 시스템의 다양성을 지원할 수 있도록 가상화 기술에 대한 요구가 임베디드 시스템 분야에서도 빠르게 증가하고 있으며 그 연구가 활발히 진행되고 있다.

OKLab 사는 L4 마이크로커널을 상용화하기 위해 연구 개발하고 있으며 L4 마이크로커널을 하이퍼바이저로 사용하여 가상화에 활용하는 프로젝트를 진행시켜왔다. 이를 통하여 가상화된 리눅스가 포함된 임베디드 시스템 L4 마이크로커널 플랫폼을 개발하였다. 그러나 아직까지 다른 운영체제에 대한 가상화는 이루어지지 않고 있다.

본 논문에서는 L4 마이크로커널을 하이퍼바이저로 이용하여 임베디드 시스템을 위한 가상화 플랫폼의 구축과 해당 플랫폼에서 RTOS(Real-Time Operating System)인 MicroC/OS-II의 부분 가상화에 대해 기술하였다. 가상화를 위하여 가상화 초기화 모듈과 인터럽트 가상화 모듈을 설계하고 구현하였다. 또한 가상화되는 운영체제의 하드웨어 종속적인 부분을 수정하여 부분 가상화를 실현하였다.

구현된 가상화 환경의 검증을 위하여 스케줄링 예제와 메일박스 예제 프로그램을 작성하고 가상화 환경에서 수행함을 확인하였다. 실제 가상화된 환경에서의 RTOS의 유용성을 확인하기 위하여 가상화되지 않은 환경과의 인터럽트 지연 시간을 측정 비교하였다.

구현된 환경은 L4 마이크로커널을 하이퍼바이저로 사용하는 다른 운영체제 혹은 다수의 운영체제 가상화의 기본 프레임으로 사용할 수 있다.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• 제 1 장 서론
• 제 2 장 관련연구
• 2.1 가상화(Virtualization)
• 2.1.1 임베디드 시스템에서의 가상화
• 2.2 하이퍼바이저
• 2.3 L4 마이크로커널
• 2.4 MicroC/OS-II
• 2.4.1 MicroC/OS-II 이식시 구성 요소
• 2.4.2 스케줄링에 필요한 변수
• 2.5 ARM 프로세서의 구조와 특징
• 제 3 장 L4 마이크로 커널을 이용한 가상화
• 3.1 가상화 시스템 개요
• 3.2 시스템 설계 및 구현
• 3.2.1 L4 마이크로커널의 하이퍼바이저 설계
• 3.2.1.1 시스템 초기화 코드 구현
• 3.2.1.2 인터럽트 가상화 구현
• 3.2.2 MicroC/OS-II 이식설계
• 3.2.2.1 time tick 구현
• 3.2.2.2 인터럽트 enable/disable 구현
• 3.2.2.3 OSTaskStkInit() 함수 구현
• 3.2.2.4 OSStartHighRdy() 함수 구현
• 3.2.2.5 OSCtxSw() 함수 구현
• 3.2.2.6 OSTickISR() 함수 구현
• 제 4 장 검증
• 4.1 개발 환경
• 4.2 가상화 시스템 검증 예제
• 4.2.1 스케줄링 예제
• 4.2.2 메일박스 예제
• 4.3 인터럽트 지연시간 측정
• 제 5 장 결론 및 향후 과제
• 제 6 장 참고 문헌