경량 마이크로컨트롤러를 위한 동적 라운드 로빈 스케줄링 기반의 다중 운영체제 관리 하이퍼바이저 시스템

• Published in: 한국정보통신학회논문지 Vol. 28; no. 8; pp. 978 - 987
• Main Authors: 김민중(Minjung Kim), 박대진(Daejin Park)
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 한국정보통신학회 01.08.2024
• Subjects: 전자/정보통신공학; Embedded System; 운영체제; 스케줄링; Hypervisor; Scheduling; Operating System; 임베디드 시스템; 컨텍스트 스위칭; 하이퍼바이저; Context Switching
• ISSN: 2234-4772; 2288-4165
• DOI: 10.6109/jkiice.2024.28.8.978

차량용을 비롯해 마이크로컨트롤러를 사용하는 다양한 환경에서 다수의 마이크로컨트롤러를 사용하는 대신 기능들을 통합하여 전체 시스템에서 사용하는 마이크로컨트롤러의 수를 줄여 가는 추세를 보이고 있다. 다양한 기능들을 통합하면서도 독립적인 역할을 수행할 수 있도록 하기 위해서 하이퍼바이저를 주로 사용한다. 본 논문에서는 운영체제의 긴급성에 따라 각 운영체제에 할당되는 시간 간격을 조정하는 동적 라운드 로빈 스케줄링 기법과 그를 위한 시스템을 소개한다. 또한 컨텍스트 스위칭 오버헤드를 줄이기 위해 초경량 컨텍스트 스위칭을 구현하였다. 제안된 시스템은 기존 라운드 로빈 스케줄링에 비해 약 19%의 실행 시간을 절약할 수 있었다. 또한 약 34%의 총 에너지 감소를 보였고, 컨텍스트 스위칭 시간은 FreeRTOS 대비 약 5% 정도만을 소모함을 검증하였다. In recent years, there has been a trend towards integrating functions using a small number of microcontrollers instead of employing multiple microcontrollers across various environments. This shift underscores the need for a hypervisor capable of efficiently utilizing resources while imposing minimal overhead. Addressing this demand, this paper introduces a hypervisor employing dynamic round-robin scheduling, which flexibly adjusts time quantum allocation based on the urgency of each OS. Furthermore, a monitor mode is devised to oversee resource allocation among multiple OSs. To enhance responsiveness while managing these OSs, ultra-light context-switching is implemented within the monitor mode. The proposed system demonstrates a notable reduction in execution time, approximately 19% compared to traditional round-robin scheduling. Additionally, in terms of energy efficiency, the proposed system yields a 34% reduction in energy consumption compared to existing methods. Notably, the ultra-light context-switching mechanism consumes only about 5% of the processing cycle when compared to FreeRTOS. KCI Citation Count: 0