Xenomai는 실시간 애플리케이션을 위해 설계된 다양한 기능을 제공하며, 그 중 고해상도 타이머(high-resolution timer)는 중요한 역할을 한다. 이 섹션에서는 Xenomai의 고해상도 타이머를 사용자 공간에서 사용하는 방법에 대해 설명한다.
고해상도 타이머란?
고해상도 타이머는 매우 짧은 주기 동안 높은 정확도로 타이머 이벤트를 제공할 수 있는 기능을 말한다. Xenomai의 고해상도 타이머는 마이크로초(μs) 단위에서 정확도를 제공하여, 매우 짧은 시간 내에 발생하는 이벤트를 정밀하게 다룰 수 있게 한다.
타이머 생성하기
Xenomai에서 고해상도 타이머를 사용하기 위해서는 먼저 타이머 객체를 생성해야 한다. Xenomai는 rt_timer API를 통해 다양한 타이머 관련 기능을 제공한다.
타이머 초기화
타이머를 초기화하기 위해서는 rt_timer_create 함수를 사용한다.
#include <native/timer.h>
int rt_timer_create(RT_TIMER *timer, const char *name, void (*handler)(void *), void *arg);
timer: 생성된 타이머 객체를 저장할 포인터이다.name: 타이머의 이름(문자열)이다.handler: 타이머 만료시 호출될 콜백 함수이다.arg: 콜백 함수에 전달될 인자이다.
예제 코드
다음은 타이머 객체를 생성하는 예제 코드이다:
#include <native/timer.h>
#include <native/task.h>
#include <native/mutex.h>
#include <stdio.h>
RT_TIMER my_timer;
void timer_handler(void *arg) {
printf("Timer expired!\n");
}
int main(int argc, char *argv[]) {
rt_task_shadow(NULL, "MainTask", 99, 0);
if (rt_timer_create(&my_timer, "MyTimer", &timer_handler, NULL)) {
fprintf(stderr, "Error creating timer\n");
return -1;
}
// 추가 코드...
return 0;
}
타이머 시작하기
타이머를 설정하고 시작하기 위해서는 rt_timer_start 함수를 사용한다.
#include <native/timer.h>
int rt_timer_start(RT_TIMER *timer, RTIME value, RTIME interval, int mode);
timer: 시작할 타이머 객체이다.value: 타이머 첫 만료 시간이다.interval: 주기적 타이머의 경우 반복 주기이다. 그렇지 않은 경우TM_INFINITE로 설정한다.mode: 타이머 모드를 지정한다. 예를 들어TM_ONESHOT은 한 번만 타이머가 만료되고,TM_PERIODIC은 주기적으로 타이머가 만료된다.
예제 코드
타이머를 시작하는 예제는 다음과 같다:
RTIME period = 1000000; // 1초 (단위: 나노초)
int mode = TM_ONESHOT;
if (rt_timer_start(&my_timer, period, period, mode)) {
fprintf(stderr, "Error starting timer\n");
return -1;
}
타이머 종료 및 삭제하기
사용이 끝난 타이머는 종료하고 삭제하는 것이 좋다. 이를 통해 시스템 자원을 효율적으로 관리할 수 있다.
타이머 종료
타이머를 종료하기 위해 rt_timer_stop 함수를 사용한다.
#include <native/timer.h>
int rt_timer_stop(RT_TIMER *timer);
timer: 종료할 타이머 객체이다.
예제 코드
타이머를 종료하는 예제는 다음과 같다:
if (rt_timer_stop(&my_timer)) {
fprintf(stderr, "Error stopping timer\n");
return -1;
}
타이머 삭제
타이머 객체를 삭제하기 위해 rt_timer_delete 함수를 사용한다.
#include <native/timer.h>
int rt_timer_delete(RT_TIMER *timer);
timer: 삭제할 타이머 객체이다.
예제 코드
타이머를 삭제하는 예제는 다음과 같다:
if (rt_timer_delete(&my_timer)) {
fprintf(stderr, "Error deleting timer\n");
return -1;
}
주기적 타이머 사용하기
주기적으로 이벤트를 발생시키고자 할 때는 TM_PERIODIC 모드를 사용하여 타이머를 설정할 수 있다.
예제 코드
다음은 주기적 타이머를 설정하고 사용하는 예제이다:
RTIME period = 1000000; // 1초 (단위: 나노초)
int mode = TM_PERIODIC;
if (rt_timer_start(&my_timer, period, period, mode)) {
fprintf(stderr, "Error starting periodic timer\n");
return -1;
}
// 추가 코드...
// 언제든 타이머 종료 및 삭제
if (rt_timer_stop(&my_timer)) {
fprintf(stderr, "Error stopping timer\n");
return -1;
}
if (rt_timer_delete(&my_timer)) {
fprintf(stderr, "Error deleting timer\n");
return -1;
}
타이머 정확도
Xenomai의 고해상도 타이머는 매우 높은 정확도를 자랑하지만, 하드웨어나 시스템 로드 등의 요인에 따라 약간의 오차가 발생할 수 있다. 따라서 타이머를 설정할 때는 이러한 오차를 고려해야 한다.
고해상도 타이머의 실제 활용
고해상도 타이머는 주로 다음과 같은 응용 프로그램에서 많이 사용된다:
- 로봇 제어 시스템
- 실시간 데이터 수집 시스템
- 정밀 타이밍이 필요한 테스트 및 계측 장비
예제: 로봇 제어 시스템 내 타이머 사용
다음은 Xenomai 사용하여 로봇 제어 시스템에서 주기적으로 센서 데이터를 읽어오는 간단한 예제이다:
#include <native/timer.h>
#include <native/task.h>
#include <native/sem.h>
#include <stdio.h>
RT_TIMER sensor_timer;
RT_SEM data_ready_sem;
void sensor_read(void *arg) {
printf("Reading sensor data...\n");
rt_sem_v(&data_ready_sem); // 시뮬레이션: 데이터를 사용할 준비가 완료됨
}
int main(int argc, char *argv[]) {
rt_task_shadow(NULL, "MainTask", 99, 0);
rt_sem_create(&data_ready_sem, "DataReadySem", 0, S_PRIO);
if (rt_timer_create(&sensor_timer, "SensorTimer", &sensor_read, NULL)) {
fprintf(stderr, "Error creating timer\n");
return -1;
}
RTIME period = 500000; // 0.5초
int mode = TM_PERIODIC;
if (rt_timer_start(&sensor_timer, period, period, mode)) {
fprintf(stderr, "Error starting timer\n");
return -1;
}
while (1) {
rt_sem_p(&data_ready_sem, TM_INFINITE);
printf("Processing sensor data...\n");
}
rt_timer_stop(&sensor_timer);
rt_timer_delete(&sensor_timer);
rt_sem_delete(&data_ready_sem);
return 0;
}
이 예제에서 타이머가 주기적으로 센서 데이터를 읽어오고, 세마포어를 통해 데이터가 준비되었음을 알리는 방식으로 구현하였다. 이와 같은 방식으로 고해상도 타이머를 활용하면 다양한 실시간 시스템을 효과적으로 제어할 수 있다.