사용자 공간에서 실시간 작업 생성

개요

사용자 공간에서 실시간 작업을 생성하기 위해서는 Xenomai의 가상 실시간 기계(RTOS 코어)를 이용하여 실시간 성능을 보장할 수 있다. Xenomai는 커널 공간뿐만 아니라 사용자 공간에서도 실시간 태스크를 생성하고 관리할 수 있는 기능을 제공한다.

실시간 작업 생성

Xenomai 라이브러리 초기화

실시간 작업을 생성하기 전에 Xenomai 라이브러리를 초기화해야 한다. 이를 위해 xenomai/init.h 헤더 파일을 포함하고, main 함수의 시작 부분에서 __real_main() 함수를 호출한다.

#include <xenomai/init.h>

int main(int argc, char* argv[]) {
    __real_main();
    // 나머지 코드
}

작업 함수 정의

실제 실시간으로 실행될 작업 함수는 특정한 서명(prototype)을 가져야 한다. 예를 들어, 다음과 같이 작업 함수를 정의할 수 있다.

void my_task(void* arg) {
    // 실시간 작업 코드
}

작업 객체 생성

작업 객체는 RT_TASK 구조체로 정의된다. 작업 객체를 생성하려면 rt_task_create() 함수를 사용한다. 이 함수는 작업 객체, 작업 이름, 작업 스택 크기, 작업 우선순위, 작업 모드를 인수로 받는다.

RT_TASK my_task_obj;

rt_task_create(&my_task_obj, "MyTask", 0, 50, 0);

작업 시작

생성된 작업 객체는 rt_task_start() 함수를 사용하여 시작할 수 있다. 이 함수는 작업 객체, 작업 함수, 그리고 작업 함수에 전달될 인수를 인수로 받는다.

rt_task_start(&my_task_obj, &my_task, NULL);

주기적 작업 설정

실시간 작업이 주기적으로 실행될 필요가 있을 때에는 rt_task_set_periodic() 함수를 사용하여 작업을 주기적으로 예약할 수 있다.

RTIME period = nano2count(1e9); // 1초

rt_task_set_periodic(NULL, TM_NOW, period);

작업 주기

작업 주기는 RTIME 형식으로 정의되며, 나노초 단위로 설정할 수 있다. Xenomai는 시간을 나노초 단위로 변환하는 유틸리티 함수 nano2count()를 제공한다.

주기적 작업 내 코드

주기적 작업 내에서는 rt_task_wait_period() 함수를 사용하여 작업이 주기적으로 실행될 수 있도록 한다.

void my_periodic_task(void* arg) {
    while (1) {
        rt_task_wait_period(NULL);
        // 주기적 실시간 작업 코드
    }
}

작업 종료

작업을 종료할 때에는 rt_task_delete() 함수를 사용하여 작업 객체를 삭제한다.

rt_task_delete(&my_task_obj);

작업 상호작용

Xenomai는 상호작용을 위한 다양한 동기화 메커니즘을 제공한다. 예를 들어, 세마포어, 뮤텍스, 메일박스 등을 사용할 수 있다.

RT_SEM my_sem;

rt_sem_create(&my_sem, "MySemaphore", 0, S_PRIO);
rt_sem_broadcast(&my_sem);

작업 간 통신 및 동기화를 위한 다른 메커니즘 역시 다양한 예제와 함께 제공되고 있다.

이로써 기본적인 사용자 공간에서의 실시간 작업 생성과 관리 방법에 대해 설명드렸다. 간단히 요약하면, Xenomai는 실시간 성능을 보장하며 사용자 공간에서 실시간 작업을 생성하고, 주기적 작업을 설정하며, 다양한 동기화 메커니즘을 제공한다. 다음은 더욱 구체적인 예제와 코드 샘플을 포함하고 있으며, 다양한 시나리오를 커버할 수 있다.

추가 내용 및 예제

Xenomai 환경에서 사용자 공간에서 실시간 작업을 생성하고 관리하면서 자주 사용되는 추가 기능들에 대한 예제도 몇 가지 소개할 수 있다.

실시간 타이머

실시간 타이머를 사용하여 작업을 일정 간격으로 실행할 수도 있다.

RT_TIMER my_timer;

void timer_handler(void *arg) {
    // 타이머 콜백 함수 코드
}

rt_timer_create(&my_timer, "MyTimer", &timer_handler, NULL, TM_ONESHOT);
rt_timer_start(&my_timer, nano2count(1e9), period);

메시지 큐

메시지 큐를 이용하여 작업 간에 메시지를 주고받을 수 있다.

RT_QUEUE my_queue;
void *msg;

rt_queue_create(&my_queue, "MyQueue", 10 * sizeof(void*), Q_UNLIMITED, Q_FIFO);

// 메시지 보내기
msg = (void*) malloc(sizeof(void*));
rt_queue_send(&my_queue, &msg, sizeof(msg), Q_NORMAL);

// 메시지 받기
rt_queue_receive(&my_queue, &msg, sizeof(msg), TM_INFINITE);

뮤텍스(Mutex)

뮤텍스를 사용하여 공유 자원에 대한 동기화를 할 수 있다.

RT_MUTEX my_mutex;

rt_mutex_create(&my_mutex, "MyMutex");
rt_mutex_acquire(&my_mutex, TM_INFINITE);
// 공유 자원 접근 코드
rt_mutex_release(&my_mutex);

이러한 추가 예제들은 실시간 역할을 수행하는 프로그램을 작성할 때 매우 유용하게 사용될 수 있다. 사용자 공간에서의 실시간 작업 처리가 용이해지며, 복잡한 응용 프로그램을 Xenomai 플랫폼에서 구성할 수 있다.