Xenomai는 리눅스 커널 기반에서 실시간 작업을 처리하기 위한 프레임워크이다. 이 프레임워크는 주로 사용자 공간과 커널 공간에서 작동하는 다양한 메커니즘을 통해 실시간 성능을 보장한다. 사용자 공간과 커널 공간 간의 인터페이스는 Xenomai의 중요한 구성 요소 중 하나이다.

사용자 공간과 커널 공간

운영 체제의 메모리 모델은 일반적으로 두 공간으로 나뉜다: 사용자 공간과 커널 공간이다.

Xenomai의 듀얼 커널 접근 방식

Xenomai는 리눅스 커널과 함께 작동하며, 이를 통해 실시간 애플리케이션이 사용자 공간에서 실행될 수 있도록 한다. Xenomai의 듀얼 커널 접근 방식은 다음과 같은 인터페이스를 포함한다:

  1. 단일 주기(Single-Shot) / 런-투-컴플리션(Run-to-Completion) 인터페이스
  2. 스케줄러 호출 인터페이스
  3. 시스템 콜 인터페이스
  4. 메모리 맵핑 인터페이스

시스템 콜 인터페이스

시스템 콜은 사용자 공간의 애플리케이션이 커널 공간의 기능을 호출할 수 있게 하는 메커니즘이다. Xenomai는 자체적인 실시간 시스템 콜 집합을 제공하며, 이는 리눅스 시스템 콜과는 구별된다. Xenomai의 시스템 콜을 통해 실시간 태스크, 타이머, 뮤텍스 등의 리소스를 관리할 수 있다.

사용자 애플리케이션은 libcobalt 라이브러리를 사용하여 이러한 시스템 콜을 수행한다. 예를 들어, 실시간 태스크를 생성하려면 다음과 같은 코드 패턴을 사용할 수 있다:

#include <cobalt/cobalt.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
    pthread_t rt_thread;

    // 실시간 태스크 생성
    pthread_create(&rt_thread, NULL, &real_time_task_function, NULL);

    // 실시간 태스크 대기
    pthread_join(rt_thread, NULL);

    return 0;
}

메모리 맵핑 인터페이스

Xenomai는 사용자 공간과 커널 공간 간의 메모리 통신을 위해 메모리 맵핑 인터페이스를 제공한다. 이를 통해 실시간 태스크는 커널의 특권 메모리 공간을 직접 읽거나 쓸 수 있다.

메모리 맵핑 인터페이스 사용의 예는 다음과 같다:

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>

#define DEVICE "/dev/rtdm/example_device"

int main() {
    int fd;
    void *mapped_mem;

    // 장치 파일 열기
    fd = open(DEVICE, O_RDWR);
    if (fd < 0) {
        perror("open");
        return -1;
    }

    // 메모리 맵핑
    mapped_mem = mmap(NULL, size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    if (mapped_mem == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        close(fd);
        return -1;
    }

    // 메모리 접근
    // ...

    // 메모리 언맵핑 및 파일 닫기
    munmap(mapped_mem, size);
    close(fd);

    return 0;
}

RTDM 인터페이스

Real-Time Driver Model (RTDM)은 실시간 장치 드라이버와 사용자 공간 애플리케이션 간의 통신을 위한 인터페이스이다. 이를 통해, 표준 리눅스 드라이버와 유사한 방법으로 장치와 상호 작용할 수 있다.

사용자 공간과 커널 공간 간의 인터페이스는 Xenomai 시스템의 핵심 요소로, 실시간 성능을 보장하며 사용자 애플리케이션이 커널 리소스에 효율적으로 접근할 수 있게 한다. 이를 통해 사용자 공간 애플리케이션이 높은 실시간 요구사항을 충족할 수 있는 환경을 제공한다.