멀티프로세서 임베디드 소프트웨어를 위한 컴포넌트 기반 설계 및 성능분석 방법

Abstract

현재까지 소프트웨어 개발을 위한 많은 컴포넌트 기술들이 연구되어 왔지만, 기존의 기술들은 멀티프로세서 환경에서 사용하기에 적합하지 않다. 멀티프로세서 임베디드 소프트웨어를 구성하는 다수의 쓰레드들은 병렬적으로 수행될 수 있으며, 그로 인한 성능 문제가 고려되어야 하기 때문이다. 기존의 기술들은 컴포넌트의 기능적인 측면만을 고려하고 있기 때문에 이러한 문제를 해결하기 힘들다. 또한, 병렬성을 고려한 기존의 관련 연구들은 대부분, 라이브러리 구현이나 컴파일러 수준에서 이루어지고 있다. 이는 구현 단계에서 소프트웨어의 구조를 변경하여 병렬성을 확장하는 방법으로서, 근본적인 문제 해결이 될 수 없다. 본 논문에서는 새로운 컴포넌트 모델과 태스크 모델, 그리고 논리 쓰레드 모델 및 물리 쓰레드 모델을 제시한다. 또한, 네 가지 모델의 순차적인 변환과정을 통해서 멀티프로세서 임베디드 소프트웨어 설계 과정을 제안한다. 컴포넌트 모델은 소프트웨어의 구조 정보 및 행위 정보를 표현한다. 그리고 태스크 모델은 쓰레드 호출 여부에 따라서 컴포넌트 모델이 분할되어 생성된다. 논리 쓰레드 모델과 물리 쓰레드 모델은 각각 병렬성의 정도를 조절하여 생성되는 모델로서, 최고 수준의 병렬성을 표현한 상태를 논리 쓰레드로, 최적의 병렬성을 표현한 상태를 물리 쓰레드로 정의한다. 모델 변환 과정을 마친 후에는 멀티프로세서 실시간 스케쥴링 기법을 기반으로 하여 최악의 경우의 성능을 분석하도록 한다. 제안하는 설계 과정은 소프트웨어의 병렬성을 확대하여, 그 성능을 향상시킬 수 있는 방법을 제시한다. 또한 소프트웨어 성능 분석을 통해서 요구사항에 대한 유연한 대처능력, 소프트웨어 구조의 신뢰성 향상, 개발 비용 저하 등의 결과를 기대할 수 있다.; Recently, Multiprocessor is being used in a lot of embedded systems. Although multiprocessor can help to increase the calculation capability of the system, there are some problems related to the software performance. First, multiprocessor embedded software typically has a complicated architecture and the high complexity. And it makes the development hard so that productivity low. Second, the current CBSD (Component Based Software Development) approaches lack supports for multiprocessor software design and software performance analysis. If it is possible that the software performance is measured before implementation stage, circular software development process would be simplified and lots of development cost could be decreased. In this paper, we provide a component-based approach to design multiprocessor embedded software, and performance analysis method. The design framework consists of four models and three model transformations. This design process makes the software structure with optimized parallelism and per-thread performance information as the result of model transformations. The performance analysis provides formulas that can formalize the performance problems. It calculates the worst case response times of threads. We've verified that this approach could be adapted to an application, modelling and analyzing a 3D ray-tracing program, Tachyon as an example.