Xenomai 커널로 부팅하기 - 소프트웨어 융합

Xenomai 커널 이미지 준비

Xenomai 커널로 부팅하기 위해서는 먼저 Xenomai 패치를 적용한 커널 이미지를 준비해야 한다. Xenomai는 리눅스 커널에 실시간 기능을 추가하는 패치를 제공하며, 이 패치를 적용한 커널 이미지를 빌드해야 한다.

부트 로더 설정

부트 로더를 설정하여 Xenomai 커널 이미지를 부팅하도록 설정해야 한다. 일반적으로 많이 사용되는 부트 로더로는 GRUB을 예로 들어 설명하겠다.

/boot 디렉토리에 Xenomai 커널 이미지와 초기 램 디스크(initrd) 파일이 있는지 확인한다.
GRUB 설정 파일을 수정하여 새로운 커널 항목을 추가한다.

sudo nano /etc/default/grub

여기에 새로운 메뉴 항목을 추가한다. 예를 들어, menuentry 부분을 다음과 같이 추가할 수 있다:

menuentry 'Xenomai Kernel' {
    set root=(hd0,1)
    linux /boot/vmlinuz-xenomai root=/dev/sda1 ro quiet splash
    initrd /boot/initrd.img-xenomai
}

설정 후, GRUB 설정을 업데이트한다:

sudo update-grub

커널 파라미터 설정

Xenomai를 최적의 상태에서 동작시키기 위해 커널 부트 파라미터를 적절히 설정하는 것이 중요하다. 특히, irq-affinity와 같은 설정을 통해 실시간 성능을 향상시킬 수 있다. linux 라인에 다음과 같은 부트 파라미터를 추가한다:

irqaffinity=0: 모든 인터럽트를 CPU 0으로 설정한다.
isolcpus=1: 실시간 작업 전용으로 사용할 CPU를 고정한다.

예시:

linux /boot/vmlinuz-xenomai root=/dev/sda1 ro quiet splash irqaffinity=0 isolcpus=1

부팅 환경 설정

모든 설정이 완료되면 시스템을 재부팅하여 GRUB에서 "Xenomai Kernel" 항목을 선택하여 부팅한다. 성공적으로 부팅되면, dmesg 로그를 확인하여 Xenomai가 올바르게 초기화되었는지 확인할 수 있다.

dmesg | grep Xenomai

이 명령을 통해 Xenomai 관련 메시지가 출력되는지 확인한다. 정상적으로 설치되었다면, Xenomai가 초기화되었다는 메시지가 출력될 것이다.

Xenomai 환경 확인

Xenomai가 정상적으로 작동하는지 확인하기 위해 기본적인 명령을 실행해볼 수 있다. Xenomai가 제공하는 예제 프로그램 혹은 유틸리티를 실행하여 실시간 성능을 평가할 수 있다.

예제 프로그램 실행

Xenomai는 기본적으로 몇 가지 예제 프로그램을 포함하고 있어, 이를 실행하여 실시간 성능을 테스트할 수 있다. 예를 들어, latency 테스트 프로그램은 Xenomai의 실시간 성능을 측정하는 데 유용하다.

latency 프로그램을 실행한다:

sudo /usr/xenomai/bin/latency

출력을 확인한다:

== Sampling period: 1000 us
RTD|  00:00:01  #0|     3|     49|     23|    499|    1147|     38|     20
RTD|  00:00:02  #1|     2|     49|     23|    342|     957|     97|     30
...

출력 결과에서 latency 값을 확인하며, 최대 지연 시간(max latency)이 낮을수록 좋은 실시간 성능을 나타낸다.

기타 유틸리티

Xenomai 설치 경로 하위에 위치한 기타 유틸리티를 통해 시스템 상태를 모니터링하고 성능을 측정할 수 있다.

xeno_lat: 하나의 태스크가 특정 주기로 주기가 끝나는 시간을 측정한다.
xeno_test: 다양한 실시간 API를 테스트한다.

sudo /usr/xenomai/bin/xeno_lat
sudo /usr/xenomai/bin/xeno_test

위 명령들을 실행하여 시스템의 실시간 응답 성능을 평가할 수 있다.

사용자 애플리케이션 개발

Xenomai에서 사용자 애플리케이션을 개발하기 위해서는 Xenomai의 API를 사용하여 실시간 태스크를 작성할 수 있다. 여기에는 POSIX API와 Xenomai의 자체 API(cobalt) 등이 포함된다.

예제 코드:

#include <native/task.h>
#include <native/timer.h>
#include <rtdk.h>

void demo(void *arg) {
    RT_TASK_INFO info;
    rt_task_inquire(NULL, &info);
    rt_printf("Task name: %s\n", info.name);
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    rt_print_auto_init(1);
    RT_TASK demo_task;

    rt_task_create(&demo_task, "Demo Task", 0, 99, 0);
    rt_task_start(&demo_task, &demo, NULL);

    pause();
    return 0;
}

이 예제는 Xenomai의 네이티브 API를 사용하여 실시간 태스크를 생성하고 간단한 메시지를 출력하는 프로그램이다. 이를 컴파일하고 실행하여 Xenomai 환경에서의 실시간 동작을 확인할 수 있다.

gcc -o xenomai_demo xenomai_demo.c -lnative -lxenomai -lrtdk -pthread
sudo ./xenomai_demo

이제 Xenomai에서 정상적으로 작동하며 실시간 성능을 발휘하는지 확인할 수 있다. 추가적으로 각 애플리케이션에 맞춰 최적화 작업을 수행하여 완전한 실시간 요구 사항을 만족할 수 있도록 조정한다.