Xenomai API 개요 - 소프트웨어 융합

Xenomai는 실시간 애플리케이션의 개발을 용이하게 하는 다양한 API를 제공한다. 이 섹션에서는 Xenomai의 주요 API들을 개요하고, 각각의 특징과 사용 방법을 간단히 소개한다.

핵심 Xenomai API

Xenomai는 주로 여러 실시간 운영 환경을 제공하는데, 아래와 같은 주요 API 세트를 갖추고 있다.

POSIX API

Xenomai는 POSIX 규격의 실시간 확장을 제공하여, 기존 POSIX 호환 코드의 리얼타임성을 보장한다. 이는 사용자가 리눅스와 유사한 방식으로 쓰레드, 뮤텍스, 조건 변수 등을 사용해서 실시간 애플리케이션을 개발할 수 있게 해준다.

pthread_create: 새로운 POSIX 쓰레드를 생성한다.
pthread_mutex_lock: 뮤텍스를 잠급니다.
pthread_cond_wait: 조건 변수를 기다린다.

Native API

Xenomai Native API는 Xenomai의 최대 성능을 활용할 수 있는 API이다. 이는 Xenomai의 기본 기능을 직접 접근할 수 있는 방법을 제공한다.

rt_task_create: 새로운 실시간 태스크를 생성한다.
rt_task_start: 실시간 태스크를 시작한다.
rt_task_delete: 실시간 태스크를 삭제한다.

Alchemy API

Alchemy는 고급 실시간 기능을 제공하는 API 패키지로, Xenomai 사용자들을 위한 고성능 실시간 애플리케이션 개발에 최적화된 API이다.

rt_mutex_create: 실시간 뮤텍스를 생성한다.
rt_sem_broadcast: 세마포를 브로드캐스트 한다.
rt_queue_create: 실시간 큐를 생성한다.

API 사용 예제

POSIX API 사용 예제

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void* thread_function(void* arg) {
    printf("Hello from POSIX thread!\n");
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t thread;
    pthread_create(&thread, NULL, thread_function, NULL);
    pthread_join(thread, NULL);
    return 0;
}

Native API 사용 예제

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

void task_function(void *arg) {
    rt_printf("Hello from Native API task!\n");
}

int main() {
    RT_TASK task;
    rt_task_create(&task, "Task", 0, 50, 0);
    rt_task_start(&task, &task_function, NULL);
    rt_task_delete(&task);
    return 0;
}

Alchemy API 사용 예제

#include <alchemy/task.h>
#include <alchemy/timer.h>
#include <alchemy/sem.h>
#include <rtdk.h>

void task_function(void *arg) {
    RT_SEM *sem = (RT_SEM *)arg;
    rt_sem_p(sem, TM_INFINITE);
    rt_printf("Semaphore acquired, task running!\n");
}

int main() {
    RT_TASK task;
    RT_SEM sem;

    rt_sem_create(&sem, "MySemaphore", 0, S_PRIO);
    rt_task_create(&task, "Task", 0, 50, 0);
    rt_task_start(&task, &task_function, &sem);

    rt_timer_spin(1000000000); // Wait for 1 second
    rt_sem_broadcast(&sem);

    rt_task_delete(&task);
    rt_sem_delete(&sem);
    return 0;
}

Xenomai API 심화

이제 간단한 예제를 실습해봤으니, 실시간 시스템에서 자주 사용하는 몇 가지 고급 기능과 그 활용 방법에 대해 살펴보겠다.

실시간 타이머

실시간 애플리케이션에서 시간당 작업 주기를 관리하는 것은 매우 중요하다. Xenomai는 이를 위해 고성능 타이머를 제공한다.

Alchemy 타이머 API

rt_timer_ns2ticks: 나노초 단위의 시간을 타이머 틱(ticks) 단위로 변환한다.
rt_timer_read: 현재 타이머 값을 읽어온다.

실시간 타이머 사용 예제

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

void task_function(void *arg) {
    RTIME start_time = rt_timer_read();

    // 1초 대기
    rt_task_sleep(1000000000); // 1 second

    RTIME end_time = rt_timer_read();
    rt_printf("Elapsed time: %llu ns\n", end_time - start_time);
}

int main() {
    RT_TASK task;
    rt_task_create(&task, "TimeTask", 0, 50, 0);
    rt_task_start(&task, &task_function, NULL);

    rt_task_join(&task);
    rt_task_delete(&task);
    return 0;
}

이벤트

실시간 시스템에서는 여러 이벤트를 감지하고 이에 대응하는 것이 중요하다. Xenomai는 효과적인 이벤트 관리 기능을 제공한다.

Native 이벤트 API

rt_event_create: 새로운 이벤트 컨트롤 블록을 생성한다.
rt_event_signal: 특정 이벤트를 신호한다.
rt_event_wait: 이벤트가 발생할 때까지 기다린다.

이벤트 사용 예제

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

#define EVENT_MASK 1

void event_handler(void *arg) {
    RT_EVENT *event = (RT_EVENT *)arg;
    rt_event_wait(event, EVENT_MASK, EV_ANY, TM_INFINITE, NULL);
    rt_printf("Event received!\n");
}

int main() {
    RT_TASK task;
    RT_EVENT event;

    rt_event_create(&event, "MyEvent", 0, EV_PRIO);

    rt_task_create(&task, "EventTask", 0, 50, 0);
    rt_task_start(&task, &event_handler, &event);

    rt_timer_spin(1000000000); // 1 second delay
    rt_event_signal(&event, EVENT_MASK);

    rt_task_join(&task);
    rt_task_delete(&task);
    rt_event_delete(&event);
    return 0;
}

인터럽트 관리

실시간 시스템에서는 하드웨어 및 소프트웨어 인터럽트를 효율적으로 관리하는 것이 중요하다.

Native 인터럽트 API

rt_intr_create: 새로운 인터럽트 객체를 생성한다.
rt_intr_enable: 특정 인터럽트 라인을 활성화한다.
rt_intr_wait: 인터럽트가 발생할 때까지 기다린다.

인터럽트 사용 예제

#include <native/intr.h>
#include <rtdk.h>

#define IRQ_NUMBER 10

void interrupt_handler(void *arg) {
    RT_INTR *intr = (RT_INTR *)arg;
    unsigned long dummy;

    rt_intr_wait(intr, TM_INFINITE, &dummy);
    rt_printf("Interrupt serviced!\n");
}

int main() {
    RT_INTR intr;
    rt_intr_create(&intr, "MyInterrupt", IRQ_NUMBER, I_PRIO);

    rt_intr_enable(&intr);

    while (1) {
        rt_timer_spin(1000000000); // Periodically trigger interrupt
        rt_intr_wait(&intr, TM_INFINITE, NULL);
        rtc_task_start(&intr, &interrupt_handler, &intr);
    }

    rt_intr_delete(&intr);
    return 0;
}

이렇게 다양한 Xenomai API를 통해 실시간 시스템을 효과적으로 관리할 수 있다. 각 기능을 적절히 활용하여 애플리케이션의 성능과 실시간성을 극대화 할 수 있다.