T T A  T e c h n i c a l R e p o r t

기술보고서  TTAR-xx.xxxx         제정일: 2014년 xx월 xx일 

임베디드 디바이스를 위한

자가적응형 SW 프레임워크 구조 참조 

모델 (기술보고서)

A Reference Model of Self-Adaptive

SW Framework for Embedded Devices

(Technical Report)

기술보고서   TTAR-xx.xxxx         제정일: 2014년 xx월 xx일 

임베디드 디바이스를 위한

자가적응형 SW 프레임워크 구조

참조 모델 (기술보고서)

A Reference Model of Self-Adaptive

SW Framework for Embedded Devices

(Technical Report)

본 문서에 대한 저작권은  TTA에 있으며, TTA와 사전 협의 없이 이 문서의 전체 또는  일부를 상업적 목적으로 복제 또는 배포해서는 안 됩니다.

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기술보고서

서  문

1. 기술보고서의 목적

본 기술보고서는 다양한 임베디드용 하드웨어의 호관성과 성능 최적화를 위한 자가적응형 

임베디드 소프트웨어 플랫폼의 구조 참조 모델을 제시한다. 이를 통해 복잡 다양해 지고 있는 임베디드 시스템을 개발하는 개발자들이 시스템 개발에 참조할 수 있도록 돕는 것을 그 

목적으로 한다. 본 기술보고서에서 제시되는 참조 모델은 자가적응형 응용, 정책 관리기, 시스템 정보 관리기를 포함하고 있다.

2. 주요 내용 요약

본  기술보고서는 제시할  참조  모델과  관련된  국내외  연구에  대해  기술하고, 다양한 임베디드 시스템에 적용 가능한 자가적응형 소프트웨어 프레임워크의 구조 참조 모델을 

제시한다. 자가적응형 소프트웨어 프레임워크는 이종 임베디드 컴퓨팅 하드웨어를 수용하고, 이러한 컴퓨팅 시스템의 성능을 최적화 할 수 있는 시스템 관리기를 포함한다. 이러한 시스템 관리기는 자가적응형 응용 프로그램의 성능 요구사항와 시스템의 성능 모니터링 정보에 

기반하여 시스템의 자원 활용을 최적화 한다.

3. 기술보고서 적용 산업 분야 및 산업에 미치는 영향 

본 기술보고서는 다양한 임베디드 디바이스의 호환성과 최적 성능을 보장 할 수 있는 

자가적응형 소프트웨어 프레임워크 구조의 참조 모델을 제시한다. 임베디드 디바이스의 코어 수 증가 및 프로세서 구조의 다양화로 인해 소프트웨서 플랫폼 호환성 및 하드웨어의 최적 

지원 한계성의 심각한 문제가 발생하고 있다. 자가적응형 소프트웨어 프레임워크에 기반한 성능 최적화는  빠르게 진화하는 다양한  임베디드 사물 인터넷  디바이스의 특징과 한계를 

자가인식하여 하드웨어를 최적 자원함으로써 사물 인터넷 서비스의 품질을 보장 하여 다양한 

응용 개발을 지원 할 수 있다. 또한, 이기종 사물 인터넷 디바이스와 플랫폼간 연동을 통해 협업과 융합 서비스 개발이 용이한 연동 미들웨어를 지원한다. 예를 들어, 스마트 홈 사물 인터넷과 같이 다양한 이기종 사물 인터넷 디바이스간 연동이 필요한 서비스를 위한 연동 

미들웨어를 제공이 가능하다. 또한, 빠르게 확장되는 다양한 사물 인터넷 서비스와 연계를 위해  사물 인터넷  디바이스에 개방형 소프트웨어  플랫폼과 연동 기술을 지원하여 모바일 

클라우드 기반  새로운  서비스  창출의  기반을  마련할  수  있다. 자가적응형 소프트웨어 프레임워크는 기존의 소프트웨어 개발 구조를 탈피하고 새로운 개발 구조를 정립함으로써 

소프트웨어 개발 기간의 단축과 함께 하드웨어 성능의 최적 활용을 보장할 수 있다.

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기술보고서

4. 참조 표준(권고)

4.1. 국외 표준(권고)

- 해당 사항 없음.

4.2. 국내 표준 

- 해당 사항 없음.

5. 참조 표준(권고)과의 비교 

5.1. 참조 표준(권고)과의 관련성 

- 해당 사항 없음.

5.2. 참조한 표준(권고)과 본 표준의 비교표 

- 해당 사항 없음.

6. 지식 재산권 관련 사항  

  본 기술보고서의 ‘지식재산권 확약서’ 제출 현황은 TTA 웹사이트에서 확인할 수 있다.※본 기술보고서를 이용하는 자는  이용함에 있어  지식  재산권이 포함되어 있을  수 있으므로, 확인 후 이용한다.

※본 기술보고서와 관련하여 접수된 확약서 이외에도 지식 재산권이 존재할 수 있다.

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기술보고서

7. 시험 인증 관련 사항 

7.1. 시험 인증 대상 여부 

- 해당 사항 없음.

7.2. 시험 표준 제정 현황 

- 해당 사항 없음.

8. 기술보고서의 이력 정보 

8.1. 기술보고서의 이력

판수 제정‧개정일 제정‧개정 내역제 1 판 2014.xx.xx.

제정

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8.2. 주요 개정 사항

- 해당 사항 없음. 

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기술보고서

Preface

1. Purpose of Technical Report

This Technical Report aims to propose reference model of a self-adaptive software framework for various embedded devices in order to achieve high compatibility and high performance.

2. Summary of Contents

This technical report will describes software framework composition reference model of embedded systems and its functional requirements. Related terms also will be described.

3. Applicable Fields of Industry and its Effect

This technical report defines software framework composition reference model for embedded systems. In the case of developing embedded system, this reference model can be used to gain high compatibility and high performance as long as it satisfies requirements suggested. Improved compatibility and performance management will contribute to enhance competitiveness of various embedded software platform. This can lead to the growth of related embedded system industry.

4. Reference Standards (Recommendations)

4.1. International Standards (Recommendations)

- None

4.2. Domestic Standards

- None

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기술보고서

5. Relationship to Reference Standards(Recommendations)

5.1. Relationship of Reference Standards(Recommendations)

- None

5.2. Differences between Reference Standard(Recommendation) and this Technical Report

- None

6. Statement of Intellectual Property Rights

IPRs related to the present document may have been declared to TTA. The information pertaining to these IPRs, if any, is available on the TTA Website.

No guarantee can be given as to the existence of other IPRs not referenced on the TTA website.

And, please make sure to check before applying the technical report. 7. Statement of Testing and Certification

7.1. Object of Testing and Certification      

- None

7.2. Standards of Testing and Certification

- None

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기술보고서

8. History of Technical Report

8.1. Change History       

Edition Issued date Outline

The 1st edition 2014.xx.xx.Established

TTAx.xx-xx.xxxx

8.2. Revisions

- None

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기술보고서

목  차

1. 개 요 1

2. 기술보고서의 구성 및 범위 1

3. 참조 표준(권고) 1

4. 용어 정의 1

5. 관련 기술 동향 3 5.1. 자가적응형 국내 기술 동향 35.2. 자가적응형 국외 기술 동향  4

6. 임베디드 디바이스를 위한 자가적응형 SW 프레임워크 구조 참조 모델 76.1. 목표 86.2. 구성 9

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기술보고서

Contents

1. Introduction 1

2. Constitution and Scope 1

3. Reference Standards(Recommendations) 1

4. Terms and Definitions 1

5. Related Technology Trends 3 5.1. Self-Adaptive Domestic Technology Trends 35.2. Self-Adaptive International Technology Trends 4

6. A Reference Model of Self-Adaptive SW Framework for Embedded Devices 76.1. Goal 86.2. Composition 9

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임베디드 디바이스를 위한 

자가적응형 SW 프레임워크 구조 참조 모델 (기술보고서)(A Reference Model of Self-Adaptive SW Framework

for Embedded Devices(Technical Report))

1. 개요

본 기술  보고서에서는  복잡  다양해지는  임베디드  디바이스  지원을  위한  자가적응형 

소프트웨어   프레임워크   구조의   참조   모델을   제시한다. 본   기술보고서에서   제시하는 요구사항에 만족하는 임베디드 소프트웨어 플랫폼을 구성할 경우 호환성 및 성능 개선 

효과를 얻을 수 있도록 참조 모델과 그 세부 기능에 대해 설명하여 개발자들이 개발 과정에서 

도움을 받을 수 있도록 하고자 한다.

2. 기술보고서의 구성 및 범위

본 기술 보고서는 다양한 임베디드 디바이스의 호환성과 최적 성능을 보장 할 수 있는 자가적응형 소프트웨어 프레임워크 구조의 참조 모델을 제시하고, 이를 위한 용어 설명, 참조 모델의  기능에  대해  설명한다. 본  기술보고서는  다양한  임베디드용  하드웨어를  위한 임베디드 소프트웨어 플랫폼의 최적화 성능을 위한 참조모델의 환경적, 기능적 요구사항을 제시하고 있으며 향후 추가되거나 수정될 수 있다.

3. 참조 표준(권고)

- 해당 사항 없음.

4. 용어 정의 

4.1. 임베디드 소프트웨어 플랫폼 관련 용어 

4.1.1. 소프트웨어 플랫폼(Embedded Software Platform) 소프트웨어가  구동   가능한   하드웨어   아키텍처나   소프트웨어   프레임워크의   종류를 

설명하는 단어로, 일반적으로는 컴퓨터의 아키텍처, 운영체제(OS, 프로그램 언어, 그리고 관련 런타임 라이브러리 또는 GUI를 포함한다. 즉, 소프트웨어 응용 프로그램들을 실행하는 데 쓰이는 하드웨어와 소프트웨어의 결합이다. 따라서, SW플랫폼은 플랫폼의 정의에서 

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기술보고서

하드웨어 부분을 제외한 소프트웨어 전체라고 할 수 있다[3]. (그림  4-1)은  SW플랫폼의 예로 모바일 SW플랫폼을 개념적으로 나타내고 있는데 보다 세분화 되어있다. 일반적으로 하드웨어를 제외한 커널과 하드웨어 드라이버(Kernel and Hardware Drivers), 미들웨어(Middleware), 응용 실행 환경(Application Execution Environment), 사용자 인터페이스 프레임워크(User Interface Framework), 응용 서비스(Application Suite), 써드 파티 응용 등이 소프트웨어인데 이 중 써드 파티 응용을 제외한 모든 부분을  SW플랫폼이라 하며 스마트폰에도 일반적으로 응용을 다운로드 받아서 사용하기 이전에 기본적으로 앞서 정의한 

SW플랫폼 일체가 탑재되어 있는 것이 보통이다. 하지만, 어떤 경우에는 커널과 하드웨어 드라이버 부분을 제외한 나머지 부분을 SW플랫폼으로 칭하기도 한다.

용

(그림 4-1) 모바일 SW플랫폼 스택

4.1.2. 사물 인터넷 IoT(Internet of Things)

사물 인터넷은 인간과 사물, 서비스 세 가지 분산된 환경 요소에 대해 일반적으로 인간의 개입 없이 상호 협력적으로 센싱, 네트워킹, 정보 처리 등 지능적 관계를 형성하는 사물 공간 연결망을 말한다. 이기종  사물 인터넷  디바이스는  다양한 구조 및 코어 개수의  CPU 및 GPGPU (General Purpose Graphic Processing Unit), DSP 및 다양한 센서 등 이 집적된 하드웨어 디바이스로 사물 인터넷  서비스를 지원하는 기기를 의미하며, 단순한 센싱  만을 지원하는 작은 사물 인터넷 디바이스부터 스마트 게이트웨이, 스마트 패드등과 같은 큰 사물 인터넷 디바이스를 포함한 다양한 형태의 사물 인터넷 디바이스를 의미한다.

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Application Suitee.g. Obigo, Access

User Interface Frameworke.g. GTK+, miniGUI, Trolltech Qtopia, TAT, Digital Airways, MSX

Application Execution Environmente.g. Java, Adobe Flash, Troltech Qtopia, Qualcomm BREW, .NET Compact

Framework

Middlewaree.g. Open Plyg, SKY MObileMedia, Real, Gstreamer

Kernel and Hardware Driverse.g. Nucleus, MontaVista, MibiLinux, Wind River, Qualcomm AMSS/REX,

Symbian OS, Linux, iOS

Hardware Platforme.g. TI, Intel, Infineon, Qualcomm, Freescale, Philips, Renesas

Third party applications

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기술보고서

4.1.3. 자가적응형 소프트웨어 프레임워크 

하드웨어/소프트웨어  플랫폼의 최적 성능 및 호환성을 지원하기 위해 응용  소프트웨어 실행시의 정적/동적인 상태 정보와 시스템의 정정/동적 정보를 획득, 분석 및 예측을 통해 소프트웨어의 설정, 정책 등을 스스로 결정하여 동작할 수 있도록 지원하는 프레임워크 기술을 의미한다.

5. 관련 기술 분석 

5.1. 자가적응형 소프트웨어 국내 기술 동향 

자가적응형 소프트웨어 관련 국내 기술은 주로 소프트웨어 공학 관점에서 학계 중심으로 

연구가   진행되고   있으며, 모델   기반의   자가적응형  소프트웨어  설계에   대한   연구와 

소프트웨어 컨텍스트 및 데이터 인지를 통한 자가적응형 소프트웨어 설계 및 구현에 대한 

연구가 주를 이루고 있다.

차세대 이기종 컴퓨팅  하드웨어의 최적 활용으로 시스템의 고성능화 및 안정성 지원을 

목적으로 하는 시스템 소프트웨어 관점에서의 자가적응형 소프트웨어 프레임워크 국내 기술 

개발은 학계를 통해 매우 작은 규모로 부분적으로 연구되고 있다.

ETRI에서는  하드웨어의 기술발전에 따른  다양한 응용 요구사항을 충족시키기 위해  '옥타급 이기종 멀티코어 SW플랫폼 활용 기술'에 대한 연구를 진행하고 있으며, 코어수의 증가에 대한 소프트웨어 플랫폼의 지원 및 GPGPU등의 이기종 코어 활용을 통해 고성능과 함께 저전력을 보장하는 기술을 확보 하고 있는 등 자가적응형  소프트웨어  프레임워크에 

대한 선행 연구 진행되고 있다.

산,학,연계에서 다양한  산업  분야로의  자가적응형  소프트웨어  기술  도입이  시도되고 있지만 시스템 소프트웨어 관점에서 하드웨어의 다양성을 통합적으로 고려하여 수용할 수 

있는 자가적응형 소프트웨어 프레임워크에 대한 기반 기술은 거의 없는 상황으로 관련 기술 

개발이 필요하다.

멀티코어 스마트폰을 제조하는 삼성, LG 등에서는 멀티코어 기반 성능 향상을 위해 병렬화가 가능한 응용에 한해 병렬  프로그래밍을 하는 추세이지만, OS 수준에서 성능을 향상하려는 시도는 매우 적으며, 기술의 상업화가 거의 진행되고 있지 않다. 학계에서 자가적응형  SW 연구가   최근   진행되고   있으나   연구   분야가  매우   한정   되어있으며, 임베디드용으로 개발하기보다 연구용으로 x86기반에서 주로 연구를 수행하고 있다.

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기술보고서

임베디드 디바이스의 코어 수 증가 및 프로세서 구조의 다양화로 인해 소프트웨어 플랫폼 

호환성 문제 발생 및  HW 최적지원 한계성이 증가하고 있으나, 이를 해결할 뚜렷한 연구 성과가 거의 없는 상황이다. 복잡해지는  하드웨어구조 및  디바이스 제품군의 다양화로 인하여 자원을 최적 활용하는데 많은 한계성을 보이며, 디바이스 내 코어 수 증가에 따라 임베디드 OS 자체가 병목현상의 원인이 될 수 있다. 산업 경쟁력 확보를 위해 기술 확보가 필요한 상황이다.

5.2. 자가적응형 소프트웨어 국외 기술 동향 

기존 계층적 시스템 구조에서 자가 인식 컴퓨팅 기반 시스템 구조에 대한 연구가 미국과 

유럽  중심의 다양한 연구 프로젝트로 진행 중이며 글로벌  개발 초기 상태이다. 이러한 자가인식 컴퓨팅 기반 프로젝트는 MIT Angstrom, ETH-Microsoft Barrelfish, MIT Corey, Microsoft Helios, Autonomic OS 등을 포함한다. 자가적응형 컴퓨팅이 보다 구체화된 프로젝트는 MIT Angstrom 과 ETH-Microsoft의 Barrelfish이다.

5.2.1. MIT의 Angstrom [1]

천 개 이상 코어가 집적된 초고성능-에너지 효율적인 자가인식 기반 컴퓨팅 프로젝트로 미국방 첨단과학기술 연구소에서 지원하는 대학-기업이 연계하고 있으며 2011년 Scientific American 선정  “Ten World Changing Ideas” 중   하나로   선정됨   되었다. (출처: http://projects.csail.mit.edu/angstrom/)

(그림 5-1) MIT Angstrom의 Foctored Operating System 개념도

자가적응형 시스템은 모니터링, 탐지, 결정, 동작 프로세스의 가장 기본적인 네  가지 요소로 구성되며 응용 프로그램의 요구 조건 및 상태 모니터링을 위하여 관련 API function

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기술보고서

을 제공한다. 이러한 정보에 기반하여 자원 관리 정책을 관리하고 있으며, 세부 연구로 Ultra-low-voltage SRAMs, cache-coherency protocol, zettabricks language system, self-aware computational model framework 등이 진행되고 있다.

(그림 5-2) MIT Angstrom의 Self-Aware Factored Operating System 개념도

5.2.2 ETH-Microsoft의 Barrelfish [2]

유럽  중심의 연구 프로젝트로 확장 가능한 멀티코어  OS 개발을 목적으로 하며 클라우드 컴퓨팅  시스템과  같은  확장  가능한  멀티코어  시스템의  문제를  거대  네트워크  문제로 

접근하여 메시지 교환에 기반한 분산 OS 개발을 추진하고 있다.

(그림 5-3) Barrelfish의 Multikernel 개념도

자가인식을  위해  시스템의  정적/동적  정보를  수집하여  정책  관리에  반영하는  동작을 수행하며 확장 가능한 멀티커널, End-to-End 스케줄러, 이기종 코어 간 통신 기술, OS 개발 도구와 같은 다양한 연구가 추진 중 이다. Linux 2.6버전과 비슷한 성능을 보이며, 주로 x86-64기반 멀티프로세서에서  32코어까지 지원 할 수 있으며  스크레치 기반  OS 개발 연구 프로젝트이다.

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기술보고서

(그림 5-4) Barrelfish 아키택처 개념도

5.2.3. 기타 관련 연구 

(MIT의 Corey[3]) 다양한 응용 프로그램의 구현에서 OS가 병목 현상을 일으키며, 이를 해결하기 위하여 응용 프로그램이 코어들간 커널 데이터 구조의 공유를 제어하며, Corey 프로젝트는 부분적으로 리눅스에 구현되었다.

(Microsoft Research의  Helios[4]) 이기종  플랫폼을 위한 응용 프로그램의  writing, deploying, tuning 하는 작업을 간소화하기 위해 설계된  OS 프로젝트로 이기종 플랫폼 관리를 위한 4가지 주요 기술은 Satellite kernels, Remote message passing, Affinity, 2-phase compilation로 구성되며 응용 프로그램이 우선순위를 OS에 제공 되고, 이 값은 프로세스의 진행에 고려되며, 다른 커널의 응용 프로그램은 remote message passing을 통해 통신을 수행하고 있다.

(그림 5-5) Helios 아키텍처: 일반적 CPU와 프로그램 가능한 단순한 디바이스

(Milano 공대-Lund 대학의 Autonomic OS [5]) 사용자의 서비스 목적과 시스템의 제약에 따라  컴퓨팅  자원이  자가적응되어  배정되며  제어  루프에서의  3가지  주요  컴포넌트인 monitor, adaptation, actuator로 이루어져 있다.

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기술보고서

(그림 5-6) 응용 프로그램과 컴퓨팅 시스템간의 상호작용

6. 임베디드 디바이스를 위한 자가적응형 SW 프레임워크 구조 참조 모델

임베디드 디바이스의 종류가 복잡 다양해짐에 따라, 이러한 다양한 디바이스를 위한 소프트웨어   플랫폼의   호환성   향상   및   임베디드   컴퓨팅   자원을   최적   활용하기   위한 

소프트웨어의 비용이 심각하게 증가하고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 복잡 다양한 디바이스에서도 소프트웨어가 자가적응하여 효율적인 성능을 보일 수  있는 소프트웨어 

프레임워크에 대한 요구사항이 높아지고 있는 추세이다.

본 기술 보고서  6절에서는 임베디드 하드웨어 기반 호환성 및 성능 개선을 할 수 있는 자가적응형 소프트웨어 프레임워크 구조 참조 모델을 제시하기 위해 소프트웨어 플랫폼 구성 

목표, 구성 방법, 기능적 요구사항을 제시하고자 한다.

6.1. 목표

본  절에서   자가적응형   소프트웨어   프레임워크의   구성   목표를   제시한다. 제시하는 자가적응형 소프트웨어 플랫폼은 사용자에게 성능적으로 보다 향상된 기능들을 제공하고, 응용 개발자에게는 하드웨어 상의 호환성을 최적 지원하여 개발 비용을 줄이는 데 목적이 

있다. 이를   통하여  기존의  소프트웨어  개발   구조를   탈피하고   새로운   개발   구조를 

정립함으로써 소프트웨어 개발 기간의 단축과 함께 하드웨어에 최적화된 성능을 보장할 수 

있다.

(그림 6-1) 자가적응형 SW 개발 프로세스

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기술보고서

(그림  6-1)은 기존의 응용 개발과 자가적응형 응용 개발의 효율성을 비교하고 있다. 기존에는  응용  개발자의  개발  비용이  각각의  디바이스의  복잡도와  종류에  따라  매우 

심각하게 올라 갈  수 있다. N개의 다양한 디바이스가 있다면, 이에 대한 호환성 및 성능 최적화를 진행해야 한다. 그러나 응용의  개발자가 자가적응형  SW 프레임워크에 맞게 개발하면  프레임워크가 이러한 호환성 및 성능 최적화를 제공하기 때문에 개발 비용을 

혁신적으로 줄 일 수 있다. 그림 6-2는 이러한 가능한 효율성을 보여 주고 있다.

(그림 6-2) 다양한 HW 디바이스에 대한 SW 개발 및 포팅 기간 

자가적응형 소프트웨어 프레임워크는 이종 임베디드 컴퓨팅 하드웨어를 수용하고, 이러한 컴퓨팅 시스템의 성능을 최적화 할 수 있는 정적/동적 시스템 관리기를 포함한다. 이러한 시스템 관리기는 자가적응형 응용 프로그램의 성능 요구사항과 시스템의 성능 모니터링 

정보에 기반하여 시스템의 자원을 최적 사용 할 수 있도록 한다.

(그림 6-3) 다양한 임베디드 디바이스 지원 자가적응형 SW 컴퓨팅 환경

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6.2. 구성

본 절에서는 다양한 임베디드용 디바이스의 호환성 및 최적화 성능을 위한 자가적응형 

소프트웨어 플레임워크를 구성하는 방법을 제시한다.

5절에서 소개 되었던 국외 선진 자가적응형 소프트웨어 관련 기술에 기반하여 임베디드 디바이스에 적용 가능한 핵심 세가지 컴포넌트를 추출 할 수 있다. 참고로 국외 자가적응형 소프트웨어 연구는 주로 슈퍼 컴퓨팅 및 데스크탑 이상의 성능을 가지는 컴퓨팅 시스템에 

적용 되었다.

먼저 미국 MIT의 주요 연구 과제에서는 응용 프로그램의 요구 사항 및 성능 상태 정보가 런타임에 모니터링 되어 제공을 하고 있으며, 따라서 임베디드 디바이스에 적용 가능한 자가적응형 응용에 적용 할 수 있다.

두 번째로, 미국 MIT와 유럽 Milano 및 Lund에서 진행 되고 있는 연구에서는 제어 시스템 이론에 기반하여 효율적으로 컴퓨팅 자원을 할당하는 연구가 진행 중에 있다. 이는 컴퓨팅 자원이 제약된 임베디드 디바이스에도 적용이 가능하다.

마지막으로, 유럽의 ETH 및 Microsoft에서 진행 되고 있는 연구는 시스템의 HW 정보를 저장하고 이를 런타임에 활용하는 기술 개발이 새로운  OS 개발에 사용되고 있다. 이러한 시스템 정보 관리기 기술은 다양한 임베디드 디바이스의 호환성 및 성능 최적화에 사용 될 수 

있다.

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(그림 6-4) 자가적응형 SW 프레임워크 기술 개념도 

따라서 자가적응형 SW 프레임워크는 주요 세가지 요소인 자가적응형 응용, 정책 관리기, 시스템 정보 관리기로 구성되며, 다음의 각 절에서 해당 요소에 대해 설명한다. (그림 6-3)은 다양한   임베디드   디바이스에   적용   가능한   자가적응형   소프트웨어   프레임워크   기술 

개념도이다. 이러한 세 가지 주요 자가적응형 요소는 구성 요소간 통합 인터페이스를 통하여 통합 및 최적화된다.

6.2.1. 자가적응형 응용 

자가적응형 응용은  응용 프로그램을 분류하고 성능 요구 사항을 추출하며, 응용의 성능 모니터링 정보를 수집하고 제공하는 기술이다. 따라서, 다양한 응용프로그램에서 성능 요구 사항을 정의하고, 추출 및 분석을 한다. 런타임에 응용의 실행 상태와 성능에 관한 모니터링 기술과 관련 인터페이스를 제공한다. 자가적응형 응용을 시스템이 성능 요구사항을 만족하지 못할 시 응용 프로그램 내의 자체 자가적응을 실행 시킬 수 있다.

6.2.2. 자가적응형 정책 관리기

자가적응형 정책 관리기는 응용의 요구 조건과 시스템 정보 관리기의 정보에 기반하여 

시스템의 자원을 최적 활용 할 수 있도록 한다. 특히  고성능/저전력을 보장 할 수 있도록 응용의 상태 모니터링 정보를 통한 성능/전력을 정적/동적으로 분석한다. 고성능과 저전력과 같이 상호 트레이드 오프(Trade-Off) 관계에 있는 기능들을 통합적으로 제공하여 사용자의 요청이나 시스템의 용도에 따라 고성능 특성을 중시하거나 저전력 특성을 중시하거나 또는 

균형적인 특성을 중시하는 시스템을 구성할 수 있도록 하는데 도움을 주는 것이 목표이다. 응용 프로그램의 패턴에 기반하여 전력 소모량을 예측하고 이에 기반하여 컴퓨팅 자원을 

할당한다. 또한 사용 가능한 자원 및 자세한 시스템 성능 정보를 자가적응형 시스템 정보 관리기에서 받아 정책 결정시 고려한다.

네트워크 임베디드 시스템을 위하여 고신뢰/고성능의 효율적인 네트워크 성능을 보장하는 정책관리기를 포함한다. 응용 프로그램을 네트워크 기반과 비-네트워크 기반으로 분류하고, 네트워크 성능 모니터링 정보에 기반하여 효율적인 임베디드 컴퓨팅 자원을 할당한다.

6.2.3. 자가적응형 시스템 정보 관리기

자가적응형  시스템  정보  관리기는  정책  결정시  필요한  시스템의  정적/동적  정보를 수집하고  분석하여  이를  정책  관리기에  전달한다. 또한  다양한  임베디드  디바이스에 

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적용하기 위하여 경량  시스템 정보 관리기를 포함한다. 이러한 정보 관리기는 하드웨어의 정적인 정보를 포함하고 있어서 응용 프로그램이 실행 가능한지를 판별할 수 있고 필요 시 

자가적응형 정책 관리기 및 응용 프로그램의 호환성 및 최적화 될 수 있도록 한다.

6.2.4. 자가적응형 프레임워크 적용 예시 

자가적응형 프레임워크가 적용될 수 있는 예는 다음과 같다. 자가적응형 응용의  API는 응용의 성능 요구 조건을 최소, 최대값과 응용의 현재 성능을 측정하여 제공한다. 예를 비디오 엔코더의 frame/second 에 관한 최소/최대 요구 값 및 현재의 frame/second 를 측정하여 자가적응형 응용의 정보를 제공한다.

이러한 최소/최대 요구 값 및 현재의 성능 정보는 시스템 정책 관리기에 전달이 된다. 예를 들어 시스템 정책 관리기가 DVFS 이용하여 각 CPU의 클럭 주기를 조정 할 수 있다. 비디오 엔코더의 현재  frame/second 성능이 요구된 최소치 값보다 낮으면, CPU의 클럭  속도를 높이고, 요구된 최대치 값보다 높으면  CPU의 클럭 속도를 줄여서 에너지 효율성을 얻을 수 있다.

시스템 정보 관리기는 이러한 가능한 정책에 관한 정보를 가지고 있을 수 있다. 예를 들어 CPU 클럭은 최소 및 최대값과 조절 가능한 값을 자가적응형 정책 관리자에 전달한다.

부 록 I참고 문헌

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[1] H. Hoffmann, J. Holt, G. Kurian, E. Lau, M. Maggio, J.E. Miller, S.M. Neuman, M. Sinangil, Y. Sinangil, A. Agarwal, AP. Chandrakasan, and S. Devadas, "Self-aware computing in the Angstrom processor," ACM/EDAC/IEEE Design Automation Conference (DAC), 2012.

[2] A. Baumann, P. Barham, P. Dagand, T. Harris, R. Isaacs, S. Peter, T. Roscoe, A. Schupbach, and A. Singhania, "The multikernel: a new OS architecture for scalable multicore systems," ACM symposium on Operating systems principles (SOSP), 2009.

[3] S. Boyd-Wickizer, H. Chen, R. Chen, Y. Mao, F. Kaashoek, R. Morris, A. Pesterev, L. Stein, M. Wu, Y. Dai, Y. Zhang, and Z. Zhang. "Corey: an operating system for many cores," USENIX conference on Operating systems design and implementation (OSDI), 2008.

[4] E. B. Nightingale, O. Hodson, R. McIlroy, C. Hawblitzel, and G. Hunt. "Helios: heterogeneous multiprocessing with satellite kernels," ACM symposium on Operating systems principles (SOSP), ACM.

[5] D.B. Bartolini, R. Cattaneo, G.C. Durelli, M. Maggio, M.D. Santambrogio, and F. Sironi, "The Autonomic Operating System research project - Achievements and future directions," ACM/EDAC/IEEE Design Automation Conference (DAC), 2013.

기술보고서 작성 공헌자

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이 표준의 제정‧개정 및 발간을 위해 아래와 같이 여러분들이 공헌하였습니다.

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구분 성명 위원회 및 직위 연락처 소속사

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(과제) 제안-

임베디드 S/W 기술포럼, PG601

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초안 작성자박판근 -

pgpark@etri.re.kr

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초안 에디터박판근 -

pgpark@etri.re.kr

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초안 검토

정영준임베디드소프트웨어 

프로젝트그룹 의장jjing@etri.re.kr ETRI

  외 프로젝트그룹 위원    

기술보고서안 

심의 

박승민소프트웨어/콘텐츠 기술위원회 의장

minpark@etri.re.kr

ETRI

  외 기술위원회 위원    

사무국 담당

김영화 - ykim@tta.or.kr TTA

이혜진 -031-724-0082hjlee@tta.or.kr

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임베디드 디바이스를 위한 자가적응형 SW 프레임워크 구조 참조 모델(기술보고서)

(A Reference Model of Self-Adaptive SW Framework for

Embedded Devices(Technical Report))

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