KR100980370B1 - Ｓｄｒ 단말기의 ｆｐｇａ의 하드웨어 컴포넌트 간의 공유속성을 공유하기 위한 구조를 구성하는 방법 및 그 단말기 - Google Patents

Ｓｄｒ 단말기의 ｆｐｇａ의 하드웨어 컴포넌트 간의 공유속성을 공유하기 위한 구조를 구성하는 방법 및 그 단말기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 SDR 단말기의 FPGA의 하드웨어 컴포넌트 간의 공유 속성을 공유하기 위한 구조를 구성하는 방법 및 그 구조를 갖는 단말기에 관한 것이다. 좀 더 자세하게는 공유 속성이 할당된 메모리 컴포넌트와 그 메모리 컴포넌트의 공유 속성을 공유하는 하드웨어 컴포넌트 간의 공유 구조를 구성하는 방법 및 그 구조를 갖는 단말기에 관한 것이다.
본 발명에서는, SDR 단말기의 FPGA의 하드웨어 컴포넌트 간의 공유 속성에 대한 공유구조를 구성하는 방법에 있어서, 정의되어 있는 IDL을 컴파일하여 공유 속성을 할당할 메모리 컴포넌트를 구성하는 1 단계와; 상기 메모리 컴포넌트와 하드웨어 컴포넌트 간의 연결 구조를 형성하는 2 단계를 포함하는 공유 속성의 공유구조 구성 방법 및 그 구조를 갖는 단말기가 제시된다.
Hardware-Accelerated Orb(HAO), 하드웨어 컴포넌트, SDR 단말, IDL

Description

ＳＤＲ 단말기의 ＦＰＧＡ의 하드웨어 컴포넌트 간의 공유 속성을 공유하기 위한 구조를 구성하는 방법 및 그 단말기 { Method for forming the structure for sharing the shared attribute among the hardware components of ＦＰＧＡ on ＳＤＲ terminal and terminal thereof }
본 발명은 SDR 단말기의 FPGA내 하드웨어 컴포넌트 간의 공유 속성을 공유하기 위한 구조를 구성하는 방법 및 그 구조를 갖는 단말기에 관한 것이다. 좀 더 자세하게는 공유 속성이 할당된 메모리 컴포넌트와 그 메모리 컴포넌트의 공유 속성을 공유하는 하드웨어 컴포넌트 간의 공유 구조를 구성하는 방법 및 그 구조를 갖는 단말기에 관한 것이다.
SDR(Software Defined Radio) 단말의 SCA(Software Communication Architecture)는 JTRS(Joint Tactical Radio System) JPEO(Joint Program Executive Office)에서 제안되었으며, 소프트웨어의 이식성을 제공하고, 재구성 능력을 보장할 수 있는 통신을 위한 소프트웨어 구조이다. SCA는 분산 객체 모델의 산업 표준인 코바를 기반으로 하고 있다. 코바(CORBA, Common Object Request Broker Architecture)는 컴포넌트 개발과정에서 통신체계, 개발언어, 운영체제에 대한 독립성을 보장하는 미들웨어이며, 이를 통해 프레임워크내 컴포넌트의 재사용성과 상호운용성을 보장한다.
미들웨어로서 코바는 컴포넌트로부터 통신체계, 개발언어, 운영체제 등과 같은 환경 의존적인 부분을 제거하고, 분산환경에서 서버와 클라이언트간의 위치 독립성 및 통신 방식에 대한 추상화를 제공한다. 이를 통해, 클라이언트는 코바 통신 체계를 사용하여 서버가 존재하는 프로세서(혹은 시스템)의 위치에 무관하게 서버와 통신할 수 있다.
코바는 ORB(Object Request Broker)와 IDL(Interface Definition Language)로 대표되는 두 요소로 구성된다. ORB는 클라이언트의 요청을 받고, 이 요청을 구현한 서버를 POA(Portable Object Adapter)를 통해 찾으며, 함께 제공된 매개 변수와 함께 서버의 메소드를 실행하며, 그 결과를 다시 클라이언트에게 반환하는 제반 역할을 수행한다. IDL은 서버와 클라이언트간에 통신하는 방법을 정의한 것이다. 즉, 클라이언트는 IDL로 정의한 인터페이스에 서술된 방식에 따라 ORB를 통해 서버에게 요구를 제시하면 서버는 반드시 응답하도록 된다.
한편, 단말내 코바 컴포넌트들이 단말용 범용 프로세서(이하 GPP, General Purpose Processor) 및 FPGA(Field Programmable Gate Array) 에서 구현되고 있다. 단말은 FPGA와 GPP에 적재되는 하드웨어 컴포넌트 및 소프트웨어 컴포넌트들의 상호운용성 보장을 위하여, GPP상의 ORB 엔진과 동일한 역할을 수행하는 하드웨어용 미들웨어(이하, Hardware-accelerated ORB, HAO)가 필요하다.
HAO는 GPP상의 소프트웨어 컴포넌트로부터 FPGA상의 하드웨어 컴포넌트로의 개별적이고 직접적인 연동을 지양하고, 소프트웨어 컴포넌트 뿐만 아니라 하드웨어 컴포넌트까지 확장하여 재사용성과 상호운용성을 보장하기 위한 체계를 제공한다. 이를 위해, HAO는 하드웨어 의존적인 부분을 미리 정의된 설정 파라미터로 전달 받아 재구성된다. HAO는 FPGA외부와 표준 코바 통신 프로토콜인 GIOP(General Inter-ORB Protocol)를 통해 메시지를 송수신하고, 이 메시지의 해석을 통해 목적 하드웨어 컴포넌트를 식별하고 필요한 데이터 변환을 수행한다. 이후, 하드웨어 컴포넌트에 하드웨어 의존성이 제거된 요구와 데이터들을 전달한다.
하드웨어 컴포넌트는 FPGA상에서 수행되어야 할 알고리즘을 구현한 하드웨어 로직들의 모임이다. 이들은 HDL(Hardware Description Language)로 작성되며 자신의 고유 역할들을 제공하며, 인가받기 위해 HAO에 의해 식별되며, 전달받은 데이터를 사용하여 역할을 수행한다. SDR 단말기 프레임워크 관점에서 하드웨어 로직은 프레임워크에서 소프트웨어 컴포넌트의 연산을 FPGA상의 컴포넌트로 하드웨어적으로 구현한 것이다.
하드웨어 컴포넌트는 VHDL이나 Verilog와 같은 HDL로 코딩 되며, 합성/구현 단계에서 하드웨어 로직의 위치와 연결 설정이 미리 고정된 후 FPGA에 다운로드 되어 수행된다.
이때, FPGA상에 존재하는 다수 하드웨어 컴포넌트들 간의 동적인 특성은 SCA에서 필수적으로 사용하고 있는 상속 개념으로 지원되어야 하는데, FPGA에 대하여는 하드웨어 특성상 GPP와 달리 실행시점에 동적으로 공유 속성을 할당/반환하는 역할을 일반화하는 것이 매우 어렵다.
또한, 이에 따른 하드웨어 컴포넌트의 구성 방식 또한 매우 어렵고 비효율적이기 때문에, 보편적으로 사용되지 않는다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 여러 하드웨어 컴포넌트에 의해 공유되는 속성들은 개별 하드웨어 컴포넌트와 독립적인 영역에 구성될 수 있도록 하며, 이에 대한 접근과 처리 방식이 제공될 수 있도록 한다. 이와 관련된 제반 준비와 처리는 IDL 컴파일러에 의해 생성되며, HAO를 통해 구체화될 수 있도록 한다.
본 발명은 하드웨어 컴포넌트의 합성시점에 상속 관계를 고려하여 공유 속성들을 FPGA상의 특정 메모리 컴포넌트로 구분하여 생성하고, 이들 공유 속성들을 사용할 하드웨어 컴포넌트들이 메모리 컴포넌트에 접근하기 위한 체계를 제공할 수 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위한 기술적 사상으로서, 본 발명에서는,
제 1 관점으로서,
SDR 단말기의 FPGA의 하드웨어 컴포넌트 간의 공유 속성에 대한 공유구조를 구성하는 방법에 있어서, 정의되어 있는 IDL을 컴파일하여 공유 속성을 할당할 메모리 컴포넌트를 구성하는 1 단계와; 상기 메모리 컴포넌트와 하드웨어 컴포넌트 간의 연결 구조를 형성하는 2 단계를 포함하는 공유 속성의 공유구조 구성 방법이 제시되고,
제2 관점으로서, 제1 관점에 있어서, 상기 1단계는,
상기 IDL로부터 공유 속성을 추출하고 공유 속성 할당을 위한 메모리 컴포넌트를 설정하는 1-a 단계와;
추출된 공유 속성의 타입에 따라 공유 속성에 대한 메모리 컴포넌트 내에 위치할 주소와 크기를 결정하는 1-b 단계와;
공유 속성의 주소와 크기를 파라미터로 생성하는 1-c 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고,
제3 관점으로서, 제2 관점에 있어서, 상기 1-a 단계에서는,
정의된 상속 관계에 따라 공유 속성들을 그룹화하여 그룹별로 별도의 메모리 컴포넌트를 설정하는 것을 특징으로 하고,
제4 관점으로서, 제1 관점에 있어서,
구성된 메모리 컴포넌트와 연결될 하드웨어 컴포넌트들을 식별하는 2-a 단계와; 메모리 컴포넌트와 하드웨어 컴포넌트 간에 버스를 구성하는 2-b 단계와; 개별 하드웨어 컴포넌트를 HAO에 연결하는 2-c 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고,
제5 관점으로서, 제4 관점에 있어서,
상기 버스의 크기는 설정된 메모리 컴포넌트의 크기에 따라 가변적인 것을 특징으로 하고,
제6 관점으로서,
FPGA의 하드웨어 컴포넌트 간의 공유 속성을 공유하기 위한 SDR 단말기에 있어서, 특정 공유 속성이 할당되어 있는 메모리 컴포넌트와; 상기 특정 공유 속성을 공유하는 하드웨어 컴포넌트와; 상기 메모리 컴포넌트와 상기 하드웨어 컴포넌트를 연결하는 버스와; 상기 특정 공유 속성의 할당 위치와 크기에 대한 파라미터 정보, 상기 특정 공유 속성을 공유하도록 정의된 하드웨어 컴포넌트에 대한 정보를 갖는 HAO를 포함하고,
상기 HAO에서 상기 특정 공유 속성을 공유하도록 정의된 하드웨어 컴포넌트를 호출하면, 상기 특정 공유 속성을 공유하도록 정의된 하드웨어 컴포넌트에서는 상기 버스를 통하여 상기 특정 공유 속성을 공유하는 것을 특징으로 하는 SDR 단말기가 제시되고 있다.
본 발명에 따르면, IDL의 컴파일 시점에 하드웨어 컴포넌트 간의 공유 속성들을 추출하여 특정의 메모리 컴포넌트에 할당해 놓음으로써 그 공유 속성을 공유할 수 있다.
또한, 하드웨어 컴포넌트 간의 상속 관계에 따라 공유 속성들을 그룹화하여 별도의 메모리 컴포넌트로 구성되도록 함으로써, 하드웨어 컴포넌트로부터의 공유 메모리 컴포넌트로의 버스를 최적화할 수 있다.
도 1은 SDR 단말기의 구조도이다. SDR 단말기에서, 컴포넌트들(10, 11, 12)은 소프트웨어적 혹은 하드웨어적인 구현 방식에 관계없이 논리적인 코바 소프트웨어 버스(14)를 통해 상호 연동된다. 즉, 네트워크 컴포넌트(11)와 서비스 컴포넌트(12)는 미리 정의된 IDL에 의해 정의된 인터페이스에 따라 호출/응답(13)하지만, 해당 컴포넌트가 소프트웨어적으로 구현되어 GPP상에 적재되는지 혹은 하드웨어적 으로 구현되어 FPGA에 적재되는지에 대한 인식은 필요하지 않다.
본 SDR 단말기에서 논리적인 소프트웨어 데이터 버스(14)는 시스템 버스(21)를 사용하는 보드 지원 패키지(20)를 통해 실제 통신한다. SDR 단말기에서 GPP는 개별 컴포넌트들을 재구성하고 관리하기 위한 프레임워크(18), 컴포넌트간 상호 운용성을 보장하기 위한 CORBA(17), Operating System(19), 보드 지원 패키지(20)로 구성된다. FPGA는 GPP의 CORBA(17) 역할을 수행하는 HAO(15)와 FPGA용 보드 지원 패키지(16)로 구성된다. GPP용 보드 지원 패키지(20)와 FPGA용 보드 지원 패키지(16)는 보드상의 시스템 버스(21)를 통해 데이터를 송수신하기 위한 제반 기능을 포함한다.
도 2는 HAO와 하드웨어 컴포넌트간의 구조도이다.
HAO는 기본적으로 FPGA용 보드 지원 패키지(16)으로부터 GIOP 메시지를 송수신한다(S108). 수신된 GIOP 메시지(S101)는 분석되고 오퍼레이션과 파라미터로 분리된다. 분리된 오퍼레이션은 로직 선택과정(S102)에 사용되며, 선택되는 대상은 하드웨어 컴포넌트(S105)이다. 파라미터는 선택된 하드웨어 컴포넌트(S105)에 전달(혹은 하드웨어 컴포넌트로부터 수신)할 데이터로 분리하고 변환(S103)한다.
하드웨어 컴포넌트(S105)는 여러 오퍼레이션 로직(S106)으로 구성되며, 로직 선택과정(S102)에서 하나의 오퍼레이션 로직만이 유일하게 인가된다. 또한 데이터 변환(S103) 과정을 통해 GIOP 데이터로부터 오퍼레이션 로직(S106)에 필요한 HDL 데이터로의 변환을 수행한다.
하드웨어 컴포넌트 내의 개별 오퍼레이션 로직(S106)은 HAO-하드웨어 컴포넌 트간 버스(S107)을 통해 연결된다.
도 3은 하드웨어 컴포넌트의 공유 속성을 기술한 IDL의 컴파일을 설명하기 위한 도면이다.
IDL상의 interface들(S207, S208) 은 IDL 컴파일러에 의해 스켈리톤(S211)내 개별 하드웨어 컴포넌트들(S105-1, S105-2)로 변환된다. 한편 이들 interface에 정의된 공유 속성들(S206 등)은 별개의 메모리 컴포넌트(S201)로 변환된다. 하드웨어 컴포넌트(S105-1, S105-2)와 메모리 컴포넌트(S201)간에는 고정된 버스(S202)에 의해 연결되며, 고정된 버스 크기(S213)는 메모리 컴포넌트(S201)의 크기에 따라 가변적이며, IDL컴파일러가 생성한 파라미터(S212)에 포함된다.
예를 들어, 속성 interfaceStatus(S206)는 공유 속성이므로, interface B(S208)의 구현인 하드웨어 컴포넌트(S105-2)에서도 접근 가능해야 한다. 속성 interfaceStatus(S206)은 메모리 컴포넌트(S201)에 위치하며, 이 속성의 접근에 필요한 시작 위치(S209)와 크기(S210)는 파라미터(S212)에 포함된다. 메모리 컴포넌트(S201)와 파라미터(S212)는 HAO를 통해 구체화되고 활용된다.
하드웨어 컴포넌트의 속성은 표 1과 같이 세가지 요소로 기술된다.
하드웨어 컴포넌트의 속성
종 류 허용하는 타입
고정길이 Long, unsigned, char
가변길이 Sequence, string
구조체 Structure
모든 공유 속성들은 메모리 컴포넌트(S201)에서 데이터를 포함할 시작 위치와 길이를 갖는다. 고정 길이 형태의 속성들은 데이터가 위치할 시작 주소와 고정된 길이를 갖는다. 예를 들어, long 형의 속성 interfaceStatus(S206)는 생성된 파라미터내에 데이터의 시작 주소(S209)와 고정된 크기 4(S210)를 갖는다.
가변길이 형태의 속성들은 IDL에 의해 크기가 명시된 경우와 명시하지 않은 경우로 구분된다. HDL에서 속성에 대한 동적인 크기 변경은 지원하지 않는다. 따라서, 크기를 명시하지 않는 경우에는 최대 크기를 기본 크기로 설정한다. 예를 들어, 가변길이 속성인 mac_addr(S204)는 크기가 정의되지 않았기 때문에 크기는 255로 정의된다(Sequence의 최대 크기는 255로 정의되어 있을때).
구조체 (S203)는 중첩을 허용하지 않으며, 고정길이 혹은 가변길이 타입의 조합이다. IDL내 구조체는 HDL 변환시 개별적인 고정길이 혹은 가변길이 형태로 변경된다. 따라서, 구조체는 앞서 설명한 두 형태를 사용하여 스켈리톤(S211)내 메모리 블록(S201)과 파라미터(S212)로 변환된다.
이러한 공유 속성들은 상속관계(parent-child관계)가 존재하는 하드웨어 컴포넌트별로 그룹화한다. 상속관계가 존재하지 않는 하드웨어 컴포넌트간의 속성은 공유될 수도 참조할 수도 없기 때문이다. 예를 들어, interface A,B,C, D,E,F에 대해서, 상속관계가 { (A,B), (A,C), (D,E) }와 같이 정의되었다면, interface A,B,C의 공유 속성들과 interface D,E의 공유 속성들은 독립된 두 개의 공유 속성 그룹으로 분리된다. Interface F의 경우 상속관계를 갖지 않으므로, F의 속성들은 제3의 독립된 공유 속성 그룹으로 분리되거나 혹은 interface F의 하드웨어 컴포넌트에 내장될 수도 있다.
이러한 공유 속성의 그룹화를 통해, 하드웨어 컴포넌트간의 상속관계에 따른 구조 공유가 가능하며 메모리 컴포넌트로의 버스 최적화도 가능하다.
도 4는 HAO(15)에서 하드웨어 컴포넌트간 공유 속성을 처리하는 절차도이다. 하드웨어 개발자는 IDL 정의(S401)를 통해 하드웨어 컴포넌트의 interface를 정의한다. 정의된 IDL(S401)은 IDL 컴파일러에 의해 공유 속성 할당을 위한 메모리 컴포넌트(S403) 설정, 메모리 컴포넌트내 할당된 공유 속성에 접근하고 무결성을 검사하기 위한 HAO용 파라미터 생성(S404), 그리고, 다른 컴포넌트로부터 수신된 오퍼레이션과 파라미터를 처리하기 위한 기본 구조를 포함하는 스켈리톤 생성(S405)으로 구성된다.
이후, 스켈리톤(S405)은 하드웨어 개발자에 의해 하드웨어 컴포넌트의 고유한 역할을 로직으로 구현하는 과정을 거친다(S407).
공유속성 할당(S403) 코드와 생성된 파라미터(S404)는 HAO에 추가 적용된다. HAO는 이들 파라미터에 따라 메모리 컴포넌트(S201)의 크기를 결정하고, 내부적인 버스(S202) 크기 등을 최종적으로 결정한다.
HAO에 반영된 파라미터(S404)와 메모리 컴포넌트 코드(S403), 그리고 스켈리톤으로부터 구체화된 하드웨어 컴포넌트 구현은 로직 합성/변환(S408)과정을 통해 통합되고, FPGA에 다운로드되어 수행된다(S409).
본 발명에 따른 SDR 단말기에서 공유 구조를 구성하는 방법은 다음과 같다.
먼저, IDL로부터 공유 속성을 추출하고 공유 속성 할당을 위한 메모리 컴포넌트를 설정한다. 이때 정의된 상속 관계에 따라 직접적으로 상속 관계에 참여하는 공유 속성들만을 그룹화하고, 각 그룹은 다른 그룹과는 독립적인 별도의 메모리 컴포넌트를 설정하게 하는 것도 가능하다.
다음으로, 추출된 공유 속성의 타입에 따라 공유 속성에 대한 메모리 컴포넌트 내에 위치할 주소와 크기를 결정한다.
다음으로, 공유 속성의 주소와 크기를 파라미터로 생성한다.
다음으로, 구성된 메모리 컴포넌트와 연결될 하드웨어 컴포넌트들을 식별한다. 이는 상속 관계에 의해 식별될 수 있다.
다음으로, 메모리 컴포넌트와 하드웨어 컴포넌트 간에 버스를 구성한다. 이때 그룹별로 구분된 메모리 컴포넌트와 각 메모리 컴포넌트의 공유 속성을 공유하는 하드웨어 컴포넌트 간에 별개의 버스가 구성될 수도 있다.
끝으로, 개별 하드웨어 컴포넌트를 HAO에 연결한다.
도 1은 SDR 단말기의 구조도이다.
도 2는 HAO와 하드웨어 컴포넌트 간의 구조도이다.
도 3은 하드웨어 컴포넌트의 공유 속성을 기술한 IDL의 컴파일을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 HAO에서 하드웨어 컴포넌트 간 공유 속성을 처리하는 절차도이다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. SDR 단말기의 FPGA 장치내 하드웨어 컴포넌트 간의 공유 속성에 대한 공유구조를 디지털 로직으로 구성하는 방법에 있어서,
    IDL로부터 공유 속성을 할당할 메모리 컴포넌트를 자동으로 구성하는 1 단계와;
    상기 메모리 컴포넌트와 하드웨어 컴포넌트 간의 연결 구조를 형성하는 2 단계를 포함하고;
    상기 1단계는,
    상기 IDL로부터 공유 속성을 추출하고 공유 속성 할당을 위한 메모리 컴포넌트를 설정하는 1-a 단계와;
    추출된 공유 속성의 타입에 따라 공유 속성에 대한 메모리 컴포넌트 내에 위치할 주소와 크기를 결정하는 1-b 단계와;
    공유 속성의 주소와 크기를 파라미터로 생성하는 1-c 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공유 속성의 공유구조 구성 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 1-a 단계에서는,
    정의된 상속 관계에 따라 공유 속성들을 그룹화하여 그룹별로 별도의 메모리 컴포넌트를 설정하는 것을 특징으로 하는 공유 속성의 공유구조 구성 방법.
  4. SDR 단말기의 FPGA 장치내 하드웨어 컴포넌트 간의 공유 속성에 대한 공유구조를 디지털 로직으로 구성하는 방법에 있어서,
    IDL로부터 공유 속성을 할당할 메모리 컴포넌트를 자동으로 구성하는 1 단계와;
    상기 메모리 컴포넌트와 하드웨어 컴포넌트 간의 연결 구조를 형성하는 2 단계를 포함하고;
    상기 2단계는,
    구성된 메모리 컴포넌트와 연결될 하드웨어 컴포넌트들을 식별하는 2-a 단계와;
    메모리 컴포넌트와 하드웨어 컴포넌트 간에 버스를 구성하는 2-b 단계와;
    개별 하드웨어 컴포넌트를 HAO에 연결하는 2-c 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공유 속성의 공유구조 구성 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 버스의 크기는 설정된 메모리 컴포넌트의 크기에 따라 가변적인 것을 특징으로 하는 공유 속성의 공유구조 구성 방법.
  6. FPGA의 하드웨어 컴포넌트 간의 공유 속성을 공유하기 위한 SDR 단말기에 있어서,
    특정 공유 속성이 할당되어 있는 메모리 컴포넌트와;
    상기 특정 공유 속성을 공유하는 하드웨어 컴포넌트와;
    상기 메모리 컴포넌트와 상기 하드웨어 컴포넌트를 연결하는 버스와;
    상기 특정 공유 속성의 할당 위치와 크기에 대한 파라미터 정보, 상기 특정 공유 속성을 공유하도록 정의된 하드웨어 컴포넌트에 대한 정보를 갖는 HAO를 포함하고,
    상기 HAO에서 상기 특정 공유 속성을 공유하도록 정의된 하드웨어 컴포넌트를 호출하면, 상기 특정 공유 속성을 공유하도록 정의된 하드웨어 컴포넌트에서는 상기 버스를 통하여 상기 특정 공유 속성을 공유하는 것을 특징으로 하는 SDR 단말기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20050055986A (ko) * 2003-12-09 2005-06-14 한국전자통신연구원 에스시에이 기반 시스템의 파일 시스템, 및 그의소프트웨어 컴포넌트 파일 배치 및 관리 방법
KR20060066032A (ko) * 2004-12-11 2006-06-15 한국전자통신연구원 모뎀 리소스 어댑터를 포함하는 에스디알 기반의 통신 장치및 모뎀 리소스 어댑터의 동작 방법

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