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실시간 운영체제(Real-Time Operating System, 이하 RTOS)는 특정 작업을 정해진 시간 내에 처리하는 적시성을 보장하 기 위해 개발된 운영체제이다. 네트워크와 사물인터넷의 확산으로 임베디드 시스템 또한 해커의 타겟이 되었다. 이에 따라 안 전성 및 보안성이 강화된 RTOS가 개발되고 있으며, 그간 외산 RTOS 의존성이 높았던 국내에서도 안전성 및 보안성이 강화 된 국산 기술의 RTOS 개발이 진행되었다. 본 논문에서는 안전성 및 보안성이 강화된 국내 기술의 RTOS 중, 무기체계를 대 상으로 개발된 ‘보안 RTOS 커널’ 기술의 호환성 및 적용성 확대를 통해 응용 프로그래머의 사용성을 증대시킬 수 있는 플랫 폼 설계 방안을 제안한다. 설계 기준은 ‘보안 RTOS 커널’이 적용될 수 있는 국방 무기체계에서 범용적으로 쓰이는 기능 및 구성요소를 우선하여 선정하였다.

RTOS is an operating system developed to ensure the timeliness of processing a specific task within a given time. With the spread of networks and the IoT, embedded systems have also become targets of hackers. Accordingly, RTOS with enhanced safety and security is being developed. Korea has a high dependency on foreign RTOS, so development of RTOS with domestic technology is also underway. In this paper, we propose a platform design that can increase the usability of application programmers by expanding the compatibility and applicability of the ‘secure RTOS kernel’ technology developed for weapon systems among the domestic RTOS with enhanced safety and security. The design were given priority to functions and components commonly used in defense weapon systems to which the ‘secure RTOS kernel’ can be applied.

네트워크 중심전(NCW)으로 전장환경이 변하면서 무기체계는 IT 기술을 융합한 신개념의 무기체계로 진화하고 있고, 이러한 핵심 기능은 대부분 임베디드 소프트웨어로 구현됨에 따라 임베디드 소프트웨어는 무기체계 성능을 좌우하는 핵심 요소로 중요성이 증가하고 있다. IoT 기술이 발전하고 임베디드 소프트웨어의 활용 범위가 확대됨에 따라 점차 고도화되고 다양해지는 사이버 위협은 임베디드 소프트웨어를 운용하는 무기체계로 확대되고 있고, 무기체계는 단일체계로부터 네트워크에 의한 연동까지 다양한 형태로 운영되기 때문에 어플리케이션 수준에서의 보안보다는 시스템 수준인 운영체제 커널 수준에서의 강력한 사이버 보안이 필요한 실정이다. 본 논문에서는 무기체계 임베디드 소프트웨어를 사이버 공격으로부터 보호하기 위하여 운영체제 수준에서 임베디드 소프트웨어를 보호하는 무기체계용 보안 실시간 운영체제의 설계 및 구현과 그 성능 측정 결과 에 대하여 설명하였다.

With current battlefield environment relying heavily on Network Centric Warfare(NCW), existing weaponary systems are evolving into a new concept that converges IT technology. Majority of the weaponary systems are implemented with numerous embedded softwares which makes such softwares a key factor influencing the performance of such systems. Furthermore, due to the advancements in both IoT technoogies and embedded softwares cyber threats are targeting various embedded systems as their scope of application expands in the real world. Weaponary systems have been developed in various forms from single systems to interlocking networks. hence, system level cyber security is more favorable compared to application level cyber security. In this paper, a secure real-time operating system has been designed, implemented and measured to protect embedded softwares used in weaponary systems from unknown cyber threats at the operating system level.

Today's mission computer is needed to have open system architecture, hardware-independent software-development structure using open-oriented language, real-time large volume data processing, high-speed I/O processing and high reliability. Also to conform military environmental requirement. This paper describe development plane of KHP Mission Computer which meet these requirements.

임베디드 시스템에 대한 RTOS의 적용 확대와 함께 다양한 형태의 공격으로 인한 보안 위협이 증가하고 있다. 공격자는 소프트웨어 취약점 악용뿐만 아니라 외부 인터페이스를 이용한 하드웨어 기반 접근 등으로 공격을 시도하며, 이는 시스템 동작에 영향을 미칠 수 있다. 이를 탐지하기 위해 여러 기법이 제안되어 왔으며, 그중 드라이버 및 커널 수준 모니터링을 위한 내부 수정은 오버헤드로 인해 실시간성과 기존 동작의 안정성을 저해할 수 있다. 이에 본 논문은 내부 시스템을 변경하지 않고 동작에서 드러나는 성능 지표를 행동 지문 형태로 모델링하여 이상을 탐지하는 기법을 제안한다. 이를 위해 실험용 태스크와 공격 시나리오를 구성하고 지표 변화를 관찰하였다.

The expansion of RTOS adoption in embedded systems has led to an increase in security threats caused by various types of attacks. Attackers attempt to compromise systems not only by exploiting software vulnerabilities but also through hardware-based access using external interfaces, which may affect system operation. Various techniques have been proposed to detect such attacks; however, internal modifications for driver- or kernel-level monitoring may degrade real-time performance and the stability of existing system behavior due to additional overhead. Therefore, this paper proposes a method that detects anomalies by modeling performance indicators observed during system operation as behavioral fingerprints without modifying the internal system. To evaluate the proposed method, experimental tasks and attack scenarios were constructed, and changes in the indicators were observed.

아두이노는 소형 마이컴으로 다양한 산업에 사용되고 있으며 특히, 오픈소스 하드웨어 IoT 디바이스로 널리 사용되 고 있다. 아두이노의 멀티태스킹 방식은 크게 수퍼루프 타이밍과 RTOS 쓰레드 방식으로 나뉘며 수퍼루프 타이밍 방식은 구현이 단순하고 이해하기 쉽다는 장점이 있지만 하나의 작업이 길어지면 다음 작업의 실행에 영향을 줄 수 있다는 단점을 가진다. 또 RTOS 쓰레드 방식은 다른 작업시간에 영향을 받지 않고 실행할 수 있다는 장점을 갖지만 소형 마이컴인 아두이 노는 쓰레드의 개수가 늘어나면 쓰레드의 컨텍스트 스위칭타임으로 수퍼루프 타이밍 방식에는 없는 부가 시간이 발생하는 단점이 있다. 본 논문은 이와 같은 서로 다른 특징들을 분석하기 위하여 아두이노 우노 R3와 FreeRTOS를 사용하였으며 실험을 위한 태스크는 빌트인 LED 포트에 8000번의 디지털 신호를 보내도록 작성하였다. 같은 크기의 태스크를 두 방식으로 실행하면 수퍼루프 방식이 FreeRTOS 멀티태스킹 보다 3ms 빠른 실행을 보인다. 여러 개의 태스크를 동시에 실행하면 수퍼 루프 방식의 태스크는 순차 실행으로 첫 태스크와 마지막 태스크의 실행시간 차가 크게 나타나며 FreeRTOS 방식은 모두 중첩되어 동시에 실행 가능하지만 30ms 정도의 컨텍스트 스위칭타임의 실행 시간지연이 발생한다.

Arduino is a small microcomputer that is used in a variety of industry fields and especially is widely used as an open source hardware IoT device. The multi-tasking method of Arduino is divided into super loop timing and RTOS thread method. The super loop timing method is simple and easy to understand. However, when one task is long, it affects the execution of the next task. In addition, RTOS threading has the advantage of being able to run without being influenced by other work time. However, Arduino, a small microcomputer, has a disadvantage in that, when the number of threads increases, the context switching time of the thread causes additional time not included in the super loop timing method have. In this paper, we use Arduino Uno R3 and FreeRTOS to analyze these different features, and the task for the experiment is to send 8000 digital signals to the built-in LED port. If two tasks of the same size are executed, the super loop method executes 3 ms faster than FreeRTOS multitasking. If multiple tasks are executed simultaneously, superloop type task is sequential execution and difference in execution time between first task and last task is large. FreeRTOS method can be executed concurrently, but execution time delay of about 30 ms occurs in context switching time.

Security in terms of Networks have turn out to be more significant to Organizations, Military and personal computer user’s. Since various kinds of threats are for data from sending it from sender side over internet till it reaches to receiver. Here we will focus on SSL it is a technique used to give client and server authentication, data confidentiality and data integrity. It transform our data into unintelligible form, data which we will be sending can be text or no text form, by encrypting our data we can save it from attacks like eavesdropping, in which interception of communication by unauthorized person, he can either listen or can add malicious information in our data which can lead to catastrophic results. This technique of secure data transmission is very useful in securing the integrity of data sent by the Unmanned Aerial Vehicles in military application to commercially used Electricity meter. Since the above mentioned devices uses microcontroller to send data through internet hence this data is always going to be susceptible to above mentioned threats so it is important to ensure that it doesn’t fall in wrong hands, our objective is that our microcontroller sends the data to remote location has authenticity, confidentiality and integrity. First we will send some meaningful text already stored in controller of STM3240G Eval-board then that data will be sent to server. These encrypted packets will be sending to remote server through Ethernet. At the receiver end this data will be received and decrypted to get the original captured data.

기존의 교육용 소형 다관절로봇은 펌웨어를 이용하여 개발해왔다. 이런 시스템일 경우 단순동작만 수행할 수 있기 때문에 교육용으로 활용가치가 떨어진다. 그러나 교육용 소형 다관절로봇에 RTOS를 적용하면 다양한 동작의 수행이 가능하다. RTOS를 적용하면 시스템의 효율이 높아지지만 SW 복잡도가 높아져 교육용으로 사용하기 어려운 문제가 있다. 이런 문제를 해결하기 위해서 본 논문에서는 디자인 패턴과 리팩토링을 적용한다. 디자인 패턴과 리팩토링을 적용하여 RTOS를 설계하면 이미 알려진 패턴의 개념이 사용되기 때문에 RTOS의 전문 개발자가 아니어도 이해하기 쉬워진다. 뿐만 아니라 설계가 문서화되기 때문에 기존의 RTOS를 이용하여 새로운 시스템에 알맞은 RTOS로 변경이 용이해 진다. 그래서 본 논문에서는 디자인패턴을 사용하여 RTOS를 설계하고 RTOS 코드에 리팩토링을 적용하였다.

The traditional small educational multi-joint robots were developed on firmware. In these system's case, we cann't give a chance to educate good practices due on executing just robot's simple movements. But it may be possible for RTOS to control the elaborate movement of the robot with assembling each part on firmware. With this RTOS, we can enhance the efficiency of robot's movements, but too difficult to use the education as increasing the complexity of robot system. To solve the problem, we apply with Design pattern and Refactoring for the Education. Applying robot's design with Design pattern and Refactoring. There may be easily understand what and how to design RTOS for any level ones. We may easily change/upgrade RTOS for new system with this approach. This paper mentions to design RTOS with Design patterns and to apply RTOS's source code with Refactoring.

국방 분야에서 사이버 위협이 증대되면서 무기체계 소프트웨어의 보안이 중요해지고 있고, 현재 국내 무기체계 탑재 임베디드 소프트웨어의 대부분은 보안성이 없는 외산 실시간 운영체제(RTOS) 기반으로 동작하고 있다. 이에 따라 무기체계 임베디드 소프트웨어의 국산화와 보안 강화가 시급한 과제로 대두되고 있다. 본 연구에서는 보안 RTOS의 무기체계 적용 및 발전 방안을 제시하고자 한다. 이를 위해 국내외 RTOS 및 보안 RTOS 기술 동향을 살 펴보고, 현 무기체계 임베디드 소프트웨어의 문제점을 분석하였다. 그 결과 국산화 저조, 사이버 공격 취약성, 유지보 수 어려움, 비용 증가, 기술력 축적 기회 상실 등이 주요 문제점으로 도출되었다. 현존 무기체계에 적용된 임베디드 소프트웨어 현황을 조사한 결과, 기동, 화력, 방호, 지휘통제·통신, 함정, 항공 등의 분야에 임베디드 SW가 운용 중이 며, 이 중 99%이상이 VxWorks 등 외산 RTOS에 의존하고 있는 것으로 파악되었다. 보안 RTOS의 핵심 기능과 무 기체계 적용 가능성을 검토한 결과, 현존 및 미래 무기체계의 사격통제, 항법장치, 비행제어 등 핵심 분야에서 실시간 성과 보안성이 요구되는 영역을 중심으로 적용이 가능할 것으로 전망된다. 다만 성능과 신뢰성 확보, 검증 및 호환성 확보, 정부의 체계적 지원 등이 선결 과제로 제기되었다.

As cyber threats increase in the defense sector, the security of weapon system software is becoming increasingly important. Currently, most of the embedded software installed in domestic weapon systems operates based on foreign real-time operating systems(RTOS) that have no security. As a result, the localization and security enhancement of embedded software for weapon systems have emerged as urgent tasks. This study aims to propose the application and development strategies of secure RTOS for weapon systems. To this end, we examined the technological trends of domestic and foreign RTOS and secure RTOS, and analyzed the problems of current embedded software in weapon systems. The results revealed major issues such as low localization, vulnerability to cyber attacks, difficulty in maintenance, increased costs, and loss of opportunities for accumulating technological capabilities. An investigation of the current status of embedded software applied to existing weapon systems found that embedded SW are in operation across all fields, including maneuver, firepower, protection, command and control, communication, naval vessels, and aircraft. Among them, 99% rely on foreign RTOS such as VxWorks. A review of the core functions and applicability of secure RTOS to weapon systems suggests that it can be applied to key areas requiring real-time performance and security, such as fire control, navigation devices, and flight control in existing and future weapon systems. However, ensuring performance and reliability, securing verification and compatibility, and systematic government support were raised as prerequisites.

자동차, 로봇 등의 분야에서 실시간 운영체제의 사용이 증가하고 있다. PICmicro의 마이크로컨트롤러는 산업현장에서 많이 사용되고 있는 마이크로컨트롤러로서, 이 제품군에 실시간 운영체제(RTOS)를 탑재하려는 연구가 폭 넓게 이루어지고 있으나 일부 제품군에서는 리소스의 제한으로 RTOS의 탑재가 어려운 경우가 많다. 이 연구에서는 교육적 목적으로 리소스가 제한된 PIC16F87x 시리즈에 대해 RTOS의 기능을 구현한다.

The purpose of the project was intended to show an application method of RTOS to PICmicro with limited resources with several tasks controlling the peripheral devices. The application runs on the designed PIC16F87x evaluation board with a bootloader burned so the application program can be easily downloaded using the serial communication without using the ROM writer. Thus, it would also be a good example to use for instructional or tutorial purposes for PICmicro education. The demo shows a useful examples who wish to use the real time operation system in their own projects.

본 연구에서는 Renesas RA6M3 Embedded board와 RTOS를 기반으로 하는 교통 표지판 인식 시스템을 구현한다. 초음파 센서 3개를 활용해 상단부, 중심부, 하단부에서 도형을 감지하고, 모터를 제어하여 각각의 초음파 센서로 거리를 판단해 표지판 도형을 인식하게 한다. 이 시스템은 카메라 및 LiDAR와 같은 값비싼 장비보다 상대적으로 저렴한 초음파 센서를 사용하여 차량용 전장 시스템의 원가를 낮추는 데 기여한다. 실제 자동차에서 해당 기술을 쓰기 위해서는 추가적인 보완이 요구될 수 있으나, 본 연구는 새로운 아이디어의 발상 및 하드웨어의 구체적인 구현 방안을 제시함으로써 차후 연구의 방향성을 제시하고자 한다.

Event Data Recorder(Car Black-Box) with WiFi dongle have been released, and the platform of the majority is the Linux platform. This is because the platform development is possible in little investment cost by reducing the source licensing costs by taking advantage of the open source. But utilizing Linux platform has the limitations of boot-up time and consuming processing power due to the limitation of battery capacity, to be cost-competitive to minimize the use of memory. In this paper, the real-time operating system(RTOS) is utilized to optimize these portions. MP4 encoder and Muxer are developed to be about ten seconds boot up and minimized memory. It has the advantages of operating at lower power consumption than the Linux utilizing WiFi dongle. Utilizing a WiFi dongle is to provide a progressive download feature on smart phones to lower product prices. But RTOS has the weakness in WiFi. Porting TCP /IP, Web and DHCP server and combination with the USB OTG Host interface by implementing the protocol stack are developed for WiFi. And also SPI NOR flash memory is utilized for faster boot time and cost reductions, low processing power to be consume. As the results, the developed proved the 10 seconds booting time, 24 frame rate/sec. and 10% lower power consumption.

본 논문은 소프트웨어 기반의 2D BitBLT 엔진을 pSOS 운영체제에서 구현하는 것을 제안하였으며, 제안된 BitBLT엔진을 환자감시장치에서 동작을 검증하였다. 본 논문에서 제안한 방법의 검증을 위해, 환자감시장치 보드를 기반으로 하는 별도의 프로토 타입 PCB 보드를 제작하고, 동작을 검증하였다. 메인 보드는 ARM9 기반의 CPU로 설계하였으며, 하드웨어 기반의 BitBLT 모듈을 소프트웨어 기반의 모듈로 동작하면서 가중되는 CPU의 부하문제의 해결을 위해 200Mhz 프로세서 대신 400Mhz 프로세서로 변경하였다. 본 논문에서는 환자감시장치에서 GUI를 구현하는데 있어 그래픽 콘트롤러의 핵심요소 중의 하나인 2D BitBLT 모듈을 커널의 디바이스 드라이버로 구현하였다.

In this paper, we proposed the implementation of software-based 2D BitBLT engine on the pSOS operating system and the operation of the BitBLT engine on patient monitoring device was verified. To verify the proposed method on the patient monitoring device, we designed prototype PCB board, and verified the operation. We designed the motherboard by using ARM9-based CPU. Because hardware-based BitBLT module was replaced with software-based one, CPU load problem was weighted. To solve this problem, w changed 400Mhz processor instead of 200Mhz processor. We implemented 2D BitBLT kernel module as a device driver which is one of the key elements of a graphics controller GUI in patient monitoring device.

최근 천재지변 및 여름철 전력난과 같은 예상치 못한 정전이 증가함에 따라 소규모 사업장 및 가정에서 무정전 전원공급장치에 대한 관심이 증대되고 있다. 기존의 무정전 전원공급장치는 정전 보상시간에 비례하여 높은 가격과 유지비용이 요구되며 사용자 편의성이 부족한 단점이 있었다. 본 논문에서는 무정전 전원공급장치 용량을 1/10 로 줄이고 부족한 정전보상시간을 늘리기 위하여 소형동기 발전기를 결합한 무정전 발전공급장치에 관한 설계 안을 제시한다. 제시한 발전공급장치는 Real-Time Operating System (RTOS) 기반의 제어기를 사용하여, 정전 발생시 순차적으로 무정전 전원공급장치와 소형 동기발전기를 동작시켜 전원을 공급한다. 또한 센서 네트워킹, 실시간 모니터링, 원격제어 등 다양한 실시간 서비스를 사용자에게 제공한다.

In this paper, we present a model-driven approach for RTOS-based embedded software development and an automated tool that produces RTOS-specific code or RTOS-independent code. We define generic RTOS APIs (Application Programming Interface) that are not bound to any specific RTOS but provide most of typical RTOS services. Generic RTOS APIs can be used to describe application's RTOS-related behavior, The proposed API translator translates task code between C-code for specific RTOS and intermediate code using generic API. Also, the result can be extended to other RTOS's modifying XML transformation rule.

This paper deals with the implementation of a small humanoid robot controller on the basis of Real Time Operating System(RTOS) and the FPGA. This controller was adapted to the humanoid robot with 25 DOFs, which are 12 DOFs in each leg, 8 DOFs in each arm, 3 DOFs in waist, and 2 DOFs in head. The robot actuators were used DX-117 servo motors that have all of the controller components in one module in order to simplify the control structure. In addition, the main controller is FPGA of Virtex4-FX from Xilinx, and ported on VxWorks that is kind of RTOS. It is essential to install this RTOS on the complex control system and to do control activity at the multitasking environments. This paper suggested the method of distributing the computational load in the humanoid robot controller using the FPGA and RTOS concepts. All of the control process was verified through the real action of the humanoid.

본 논문에서는 RTOS 기반 임베디드 소프트웨어 개발에 적합한 모델기반 방법론을 제안하고 이와 함께 개발된 자동코드생성 도구를 기술한다. 현재까지 알려진 대표적인 모델기반 방법론으로는 OMG (Object Management Group)의 MDA (Model-Driven Architecture)가 있으며, MDA 에서는 EJB, 웹서비스,.NET, 그리고 CORBA 와 같은 미들웨어 플랫폼을 대상으로 하는 응용 소프트웨어의 개발을 지원한다. 하지만, 통상적인 임베디드 시스템은 실시간성에 대한 요구조건은 물론 성능과 자원활용에 있어 많은 제약을 가짐에 따라 상당수의 임베디드 시스템은 미들웨어를 사용하지 않고 RTOS 상에서 직접 수행되도록 개발되고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 MDA 방법론을 확장하여 플랫폼 의존적인 모델 (PSM, Platform Specific Model) 단계에서 추상화된 RTOS 행위를 표현할 수 있도록 추상 RTOS API (Generic RTOS API)를 정의하고, 아울러 추상화된 RTOS 행위를 자동으로 변환하여 C 코드를 생성해주는 도구인 TransPI 를 함께 제시한다.

본 논문에서는 MPC8260 프로세서를 활용한 임베디드 시스템을 활용하여 교육용 라우터 개발을 수행하였다. 개발환경으로는 다양한 RTOS중 토네이도 2.0.2를 활용한 가장 안전한 vxworks를 사용하였다. 이때 호스트 컴퓨터를 서버로, MPC8260 프로세서를 활용한 임베디드 시스템을 클라이언트로 사용하여 서버/클라이언트간에는 RS-232-C로는 MPC8260 프로세서가 탑재된 보드의 상태 점검용으로 활용되고, 이더넷으로는 서버에서 클라이언트로 tfp로 컴파일된 소스의 다운로딩 및 이더넷 상의 패킷 송, 수신시 기능 점검을 위해서 사용되었다.

This paper deals with the design of real-time embedded system using RTOS (real-time operating system) and SOPC (system on a programmable chip). It is, in general, known that RTOS has the problem of time delay caused by the multiple tasks and task management approach. Since the increase in time delay in real-time embedded system makes the overall system have the poor performance or the critical behavior of instability and unreliability, the method employed RTOS and SOPC is proposed to attack the above problems. The proposed system is implemented on the RC-motor controller and is verified by real experiment.

Mission-Critical한 실시간 반응형 내장 시스템들의 설계과정에 있어 high-level abstraction과 formal(software 기반) modeling은 없어서는 안될 중요한 부분이다. 실시간 반응형 내장 system의 OS는 정형 명세 기법을 이용하여 시스템의 주요 component들을 설계하고 OS의 Formal model들을 모든 가능한 input들 아래 OS의 behavior를 엄격하게 검증함으로써 error가 없는 완벽한 OS를 개발할 수 있다. 본 논문에서는 uC/OS-11의 OS Scheduling 부분을 반응형 시스템 언어인 Esterel의 SyncCharts로 명세, 명세한 시스템의 요구조건을 정형기법을 이용친서 검증해보고자 한다.