타이밍 분석 및 지연 시간 측정

서론

Xenomai는 실시간 성능을 보장하기 위해 설계된 프레임워크로, 타이밍 분석과 지연 시간 측정은 핵심 요소이다. 이 섹션에서는 Xenomai 시스템의 타이밍 분석 방법과 지연 시간을 측정하는 다양한 기법을 다룬다.

타이밍 분석

1. 주기적 작업의 타이밍 분석

주기적 작업의 타이밍 분석은 작업이 예상한 주기대로 실행되는지 확인하는 과정이다. 이는 일반적으로 다음과 같이 수행된다:

작업 주기 검증: 작업이 예상 주기대로 실행되는지 확인
작업 간 간격 측정: 연속적인 작업 간의 시간 간격을 측정

예제

작업 주기를 측정하기 위해서는 작업의 시작 시각과 종료 시각을 기록해야 한다. 이를 위해 Xenomai의 rt_timer_read() 함수를 사용할 수 있다.

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

#define TASK_PERIOD 1e6 // 1ms(1000ns)

void task(void *arg) {
    RTIME now, previous;

    previous = rt_timer_read();
    while (1) {
        rt_task_wait_period(NULL);
        now = rt_timer_read();

        printf("Task period: %lld ns\n", now - previous);
        previous = now;
    }
}

int main(void) {
    RT_TASK my_task;

    rt_task_create(&my_task, "MyTask", 0, 99, 0);
    rt_task_set_periodic(&my_task, TM_NOW, TASK_PERIOD);
    rt_task_start(&my_task, &task, NULL);

    pause();
    return 0;
}

위의 예제에서는 주기적인 작업의 실행 시간을 측정하여 printf()를 통해 출력한다.

2. 불규칙한 작업의 타이밍 분석

불규칙한 작업의 타이밍 분석은 작업이 예기치 않게 실행되는 경우에 대한 분석을 포함한다. 이를 위해 이벤트 기반 접근 방식을 사용할 수 있다.

예제

예를 들어, 외부 인터럽트에 의해 실행되는 작업의 타이밍을 측정할 수 있다. 인터럽트를 처리하는 ISR에서 타이밍 데이터를 수집할 수 있다.

#include <native/task.h>
#include <native/timer.h>
#include <native/intr.h>
#include <stdio.h>

RT_INTR my_interrupt;

void interrupt_handler(void *arg) {
    RTIME now = rt_timer_read();
    printf("Interrupt occurred at: %lld ns\n", now);
}

int main(void) {
    rt_intr_create(&my_interrupt, "MyInterrupt", 10, I_TRIGGER_EDGE);
    rt_intr_bind(&my_interrupt, 10, NULL);
    rt_intr_enable(&my_interrupt);

    rt_intr_wait(&my_interrupt, NULL);
    interrupt_handler(NULL);

    return 0;
}

위의 예제에서는 인터럽트 발생 시 타이밍을 측정하는 방법을 보여준다.

지연 시간 측정

지연 시간(latency)은 시스템이 입력을 받아 반응하는 데 걸리는 시간이다. 이는 실시간 시스템의 성능을 평가하는 데 중요한 요소이다.

1. 사용자 공간 응용에서의 지연 시간 측정

사용자 공간에서 지연 시간을 측정하는 가장 기본적인 방법은 높은 우선순위의 작업을 만들고 이를 주기적으로 실행하며, 시간 지연을 기록하는 것이다.

예제

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

#define TASK_PERIOD 1e6 // 1ms(1000ns)

void task(void *arg) {
    RTIME now, previous, latency;

    previous = rt_timer_read();
    while (1) {
        rt_task_wait_period(NULL);
        now = rt_timer_read();

        latency = now - previous - TASK_PERIOD;
        printf("Task latency: %lld ns\n", latency);
        previous = now;
    }
}

int main(void) {
    RT_TASK my_task;

    rt_task_create(&my_task, "MyTask", 0, 99, 0);
    rt_task_set_periodic(&my_task, TM_NOW, TASK_PERIOD);
    rt_task_start(&my_task, &task, NULL);

    pause();
    return 0;
}

위의 예제에서는 작업의 지연 시간을 계산하여 printf()를 통해 출력한다.

2. 커널 공간에서의 지연 시간 측정

커널 공간에서도 지연 시간을 측정할 수 있으며, 이는 더욱 높은 정밀도를 제공할 수 있다. Xenomai는 이러한 목적을 위해 다양한 API를 제공한다.

예제

#include <rtdm/driver.h>
#include <native/timer.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h>

#define TASK_PERIOD 1000000 // 1ms

RT_TASK my_task;

void task_func(void *arg) {
    RTIME now, previous, latency;

    previous = rt_timer_read();
    while (1) {
        rt_task_wait_period(NULL);
        now = rt_timer_read();

        latency = now - previous - TASK_PERIOD;
        rt_printk("Kernel Task Latency: %lld ns\n", latency);
        previous = now;
    }
}

static int __init my_module_init(void) {
    rt_task_create(&my_task, "MyTask", 0, 50, 0);
    rt_task_set_periodic(&my_task, TM_NOW, rt_timer_ns2ticks(TASK_PERIOD));
    rt_task_start(&my_task, &task_func, NULL);

    return 0;
}

static void __exit my_module_exit(void) {
    rt_task_delete(&my_task);
}

module_init(my_module_init);
module_exit(my_module_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("Kernel Space Latency Measurement Example");

위의 예제에서는 커널 공간에서 주기적 작업의 지연 시간을 측정하고 rt_printk()를 통해 출력하는 방법을 보여준다.

Xenomai를 사용한 타이밍 분석과 지연 시간 측정은 실시간 시스템의 평가와 최적화를 위한 필수 과정이다. 주기적 작업과 불규칙한 작업의 타이밍 분석 방법 및 사용자 공간과 커널 공간에서의 지연 시간 측정 방법을 살펴보았다. 이러한 기법을 이해하고 적용함으로써 Xenomai 기반 시스템의 성능을 효과적으로 관리할 수 있다.