Eval-Apply 모델의 STGM에 기반하여 지연 계산 함수형 프로그램을 자바로 컴파일하는 기법

남병규,최광훈,한태숙,Nam, Byeong-Gyu,Choi, Kwang-Hoon,Han, Tai-Sook 한국정보과학회 2002 정보과학회논문지 : 소프트웨어 및 응용 Vol.29 No.5

최근에 지연 계산 함수형 언어를 자바 프로그램으로 변환함으로써 지연 계산 함수형 언어 프로그램에 대해 코드 이동성을 제공하려는 연구가 있었다. 이러한 연구들은 자바와 지연 계산형 함수형 언어의 추상 기계가 가지는 구조적 유사성에 바탕을 두고 있다. 지연 계산 함수형 언어에 대한 추상 기계인 STGM(Spineless Tagless G-machine)과 자바 언어에 대한 추상 기계인 JVM(Java Virtual Machine)은 기억장소 재활용 체계와 스택 기계 구조를 가진다는 점에서 공통된 특징을 가지고 있다. 그러나 현재가지의 지연 계산 함수형 언어로부터 자바로의 변환 구조는 이와 같은 추상 기계 구조상의 공통점을 충분히 이용하지 못하였다. 본 논문에서는 STGM의 계산 모델을 eval-apply 모델로 새로이 정의함으로써 STGM과 JVM의 공통점을 충분히 이용하는 새로운 변환 구도를 제안한다. 새로이 제안된 변환 구도에서는 자바 스택(Java Virtual Machine Stack)을 사용하여 함수 계산을 수행하도록 함으로써 스택 시뮬레이션으로 인해 나타나는 자바에서의 배열 접근 부담을 제거하였다. 본 논문의 변환 구도에 의해 자바로 변환된 벤치마크 프로그램들은 기존의 변환 구도에 의해 변환된 경우보다 JDK 1.3에서 빠르게 동작한다. Recently there have been a number of researches to provide code mobility to lazy functional language (LFL) programs by translating LFL programs to Java programs. These approaches are basically baled on architectural similarities between abstract machines of LFLs and Java. The abstract machines of LFLs and Java programming language, Spineless Tagless G-Machine(STGM) and Java Virtual Machine(JVM) respectively, share important common features such as built- in garbage collector and stack machine architecture. Thus, we can provide code mobility to LFLs by translating LFLs to Java utilizing these common features. In this paper, we propose a new translation scheme which fully utilizes architectural common features between STGM and JVM. By redefining STGM as an eval-apply evaluation model, we have defined a new translation scheme which utilizes Java Virtual Machine Stack for function evaluation and totally eliminates stack simulation which causes array manipulation overhead in Java. Benchmark program translated to Java programs by our translation scheme run faster on JDK 1.3 than those translated by the previous schemes.

Eval-Apply 모델의 STGM에 기반하여 지연 계산 함수형 프로그램을 자바로 컴파일하는 기법

남병규,최광훈,한태숙 한국정보과학회 2002 정보과학회논문지 : 소프트웨어 및 응용 Vol.29 No.6

Recently there have been a number of researches to provide code mobility to lazy functional language (LFL) programs by translating LFL programs to Java programs. These approaches are basically based on architectural similarities between abstract machines of LFLs and Java. The abstract machines of LFLs and Java programming language, Spineless Tagless G-Machine(STGM) and Java Virtual Machine(JVM) respectively, share important common features such as built-in garbage collector and stack machine architecture. Thus, we can provide code mobility to LFLs by translating LFLs to Java utilizing these common features.In this paper, we propose a new translation scheme which fully utilizes architectural common features between STGM and JVM. By redefining STGM as an eval-apply evaluation model, we have defined a new translation scheme which utilizes Java Virtual Machine Stack for function evaluation and totally eliminates stack simulation which causes array manipulation overhead in Java.Benchmark programs translated to Java programs by our translation scheme run faster on JDK 1.3 than those translated by the previous schemes. 최근에 지연 계산 함수형 언어를 자바 프로그램으로 변환함으로써 지연 계산 함수형 언어 프로그램에 대해 코드 이동성을 제공하려는 연구가 있었다. 이러한 연구들은 자바와 지연 계산형 함수형 언어의 추상 기계가 가지는 구조적 유사성에 바탕을 두고 있다. 지연 계산 함수형 언어에 대한 추상 기계인 STGM(Spineless Tagless G-Machine)과 자바 언어에 대한 추상 기계인 JVM(Java Virtual Machine)은 기억장소 재활용 체계와 스택 기계 구조를 가진다는 점에서 공통된 특징을 가지고 있다. 그러나 현재까지의 지연 계산 함수형 언어로부터 자바로의 변환 구조는 이와 같은 추상 기계 구조상의 공통점을 충분히 이용하지 못하였다.본 논문에서는 STGM의 계산 모델을 eval-apply 모델로 새로이 정의함으로써 STGM과 JVM의 공통점을 충분히 이용하는 새로운 변환 구도를 제안한다. 새로이 제안된 변환 구도에서는 자바 스택(Java Virtual Machine Stack)을 사용하여 함수 계산을 수행하도록 함으로써 스택 시뮬레이션으로 인해 나타나는 자바에서의 배열 접근 부담을 제거하였다.본 논문의 변환 구도에 의해 자바로 변환된 벤치마크 프로그램들은 기존의 변환 구도에 의해 변환된 경우보다 JDK 1.3에서 빠르게 동작한다.

Eval - Apply 모델의 STGM에 기반하여 지연 계산 함수형 프로그램을 자바로 컴파일하는 기법

남병규(Byeong-Gyu Nam),최광훈(Kwanghoon Choi),한태숙(Taisook Han) 한국정보과학회 2002 정보과학회논문지 : 소프트웨어 및 응용 Vol.29 No.5·6

최근에 지연 계산 함수형 언어를 자바 프로그램으로 변환함으로써 지연 계산 함수형 언어 프로그램에 대해 코드 이동성을 제공하려는 연구가 있었다. 이러한 연구들은 자바와 지연 계산형 함수형 언어의 추상 기계가 가지는 구조적 유사성에 바탕을 두고 있다. 지연 계산 함수형 언어에 대한 추상 기계인 STGM(Spineless Tagless G-Machine)과 자바 언어에 대한 추상 기계인 JVM(Java Virtual Machine)은 기억장소 재활용 체계와 스택 기계 구조를 가진다는 점에서 공통된 특징을 가지고 있다. 그러나 현재까지의 지연 계산 함수형 언어로부터 자바로의 변환 구조는 이와 같은 추상 기계 구조상의 공통점을 충분히 이용하지 못하였다. 본 논문에서는 STGM의 계산 모델을 eval-apply 모델로 새로이 정의함으로써 STGM과 JVM의 공통점을 충분히 이용하는 새로운 변환 구도를 제안한다. 새로이 제안된 변환 구도에서는 자바 스택(Java Virtual Machine Stack)을 사용하여 함수 계산을 수행하도록 함으로써 스택 시뮬레이션으로 인해 나타나는 자바에서의 배열 접근 부담을 제거하였다. 본 논문의 변환 구도에 의해 자바로 변환된 벤치마크 프로그램들은 기존의 변환 구도에 의해 변환된 경우보다 JDK 1.3에서 빠르게 동작한다. Recently there have been a number of researches to provide code mobility to lazy functional language (LFL) programs by translating LFL programs to Java programs. These approaches are basically based on architectural similarities between abstract machines of LFLs and Java. The abstract machines of LFLs and Java programming language, Spineless Tagless G-Machine(STGM) and Java Virtual Machine(JVM) respectively, share important common features such as built-in garbage collector and stack machine architecture. Thus, we can provide code mobility to LFLs by translating LFLs to Java utilizing these common features. In this paper, we propose a new translation scheme which fully utilizes architectural common features between STGM and JVM. By redefining STGM as an eval-apply evaluation model, we have defined a new translation scheme which utilizes Java Virtual Machine Stack for function evaluation and totally eliminates stack simulation which causes array manipulation overhead in Java. Benchmark programs translated to Java programs by our translation scheme run faster on JDK 1.3 than those translated by the previous schemes.

LEON3 소프트웨어를 ERC32 프로세서에서 구동하기 ?

최종욱,남병규 한국항공우주학회 2013 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2013 No.4

최근 서버급 및 클라우드에서 사용되던 가상화 기술이 스마트폰 등과 같은 모바일 환경에서도 각광 받고 있으며, 국방항공분야에서도 가상화 기술을 통해 각각의 미션들을 개별 어플리케이션으로 분리하여 독립적으로 실행 할 수 있는 하이퍼바이저 기술이 점차 활용되고 있다. ESA의 경우에도 인공위성의 탑재컴퓨터의 성능이 향상되고 멀티코어 기술이 적용됨에 따라 IMA을 지원하기 위한 다양한 플랫폼을 개발 하고 있으며, 국내 대학에서도 우주용 하이퍼바이저 개발 관련 연구를 진행하고 있다. 본 논문에서는 실제 탑재소프트웨어 개발을 위한 하이퍼바이저 프로토타입으로 ERC32 프로세서에서 구동되는 전가상화 기법의 Bare-Metal 하이퍼바이저 개발 방법에 대해서 기술하며, LEON3용으로 개발 된 소프트웨어를 수정 없이 구동 하여 성능 비교 분석을 수행한다. Virtualization technologies that has been used in the server and cloud service are limelighted in the mobile environment such as smart phones. Also the aerospace and defense industry has been adopted the hypervisor technologies for the integrated modular avionic. In case of ESA, it has developed various IMA platforms according to high performance and multi-cores of processor. The study of full virtualization hypervisor for spacecraft computer are being accomplished in Chung-Nam University. This paper presents the design and implementation of full virtualizati on and bare-metal hypervisor which can be run on ERC32 processor. And it describes the result of executing LEON3 software on hypervisor without modification.

병렬처리 기반의 위성 탑재소프트웨어 시뮬레이터 설계 및 개발

최종욱,남병규 통신위성ㆍ우주산업연구회 2012 한국위성정보통신학회논문지 Vol.7 No.2

기존 하드웨어 기반의 소프트웨어 검증 플랫폼이 가지는 제한 조건을 해결하는 방안으로 위성 개발 초기부터 소프트웨어 기반의 위성 시뮬레이터 개발이 함께 시작되며, 위성 시뮬레이터를 활용할 경우 탑재소프트웨어 개발이 지속적으로 이루어 질 수 있는 큰 장점을 가지게 된다. 위성 시뮬레이터는 탑재컴퓨터, 위성의 전자장비 그리고 탑재체까지 모두 모사해주며 소프트웨어 개발자들이 사용할 수 있도록 쉽게 복제, 배포가 가능하며 위성 하드웨어 형상이 변경되더라도 적용 및 변경이 용이하다. 그리고 실제 하드웨어 에서 동작하는 탑재소프트웨어를 별도의 수정 없이 로딩할 수 있으며, 개발자를 위한 디버깅 채널과 테스트 환경을 제공하며 실제 수행시간 보다 빠르게 가속화 할 수 있는 기능을 제공한다. 본 논문에서는 현재 개발 중인 정지궤도복합위성의 특징인 Hot-Standby 잉여구조를 지원하기 위한 위성 시뮬레이터의 구조와 개발방안을 제시하고, 시뮬레이터 기반에서 탑재소프트웨어 개발 및 테스트 방안을 제시한다.

탑재소프트웨어 개발을 위한 QEMU 기반의 고성능 LEON3 프로세서 에뮬레이터 개발

최종욱,남병규 한국항공우주학회 2012 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2012 No.4

위성 탑재소프트웨어를 개발하는 과정에서 프로세서 에뮬레이터는 핵심 툴로서, 탑재소프트웨어 개발과 검증 그리고 지상 위성 시뮬레이터의 핵심 컴포넌트로 사용 되며 실제 하드웨어를 대체할 수 있는 수준까지 활용이 가능하다. 현재 항공우주연구원에서 개발 중인 위성 탑재컴퓨터는 SPARC v7 기반의 ERC 32 프로세서가 사용되는 반면 향후 개발 될 위성 탑재컴퓨터는 SPARC v8기반의 고성능 LEON2/3 프로세서를 사용할 계획이다. 고성능 LEON2/3 프로세서를 사용 할 경우 기존 인터프리팅 방식의 프로세서 에뮬레이터로는 실시간 성능을 만족하지 못하는 문제가 발생한다. 본 논문에 실시간 성능 문제를 해결하기 위해 공개형 프로세서 에뮬레이터인 QEMU인 기반으로 동적변환 방식의 고성능 LEON3 프로세서 에뮬레이터 개발 방법에 대해서 기술하며 개발 된 에뮬레이터 상에서 LEON3 기반의 소프트웨어 개발 및 디버깅 방법에 대해서 설명한다. During the development of flight software, the processor emulator is a essential tool for software development, verification and the core component of the satellite simulator, which can be substituted for the real hardware. The on-board computer (OBC) being developed by KARI uses the ERC32 processor based on SPARC v7, whereas high performance LEON2/3 processor based on SPARC v8 will be used for OBC in next-generation LEO satellite. But the processor emulator based on the instruction level interpretation cannot meet the real time performance because of the high performance of LEON2/3 processor. To resolve this problem, this paper presents the development of LEON3 processor emulator based on QEMU which is open source and dynamic translator. And it describes the software development and testing/debugging on the developed emulator.

PCI 기반 LEON2-FT 프로세서를 위한 시스템 소프트웨어 설계 및 시뮬레이션

최종욱,남병규 통신위성ㆍ우주산업연구회 2013 한국위성정보통신학회논문지 Vol.8 No.1

인공위성의 임무가 다양해지고 요구사항이 높아짐에 따라 탑재컴퓨터의 성능 향상이 필수적으로 대두되었으며, 인공위성 탑재컴퓨 터의 활용도를 높이기 위해 표준화 설계 및 시스템 재구성이 가능한 모듈화 기반으로 개발 되고 있다. 현재 한국항공우주연구원에서 개발 중인 차세대 인공위성의 탑재컴퓨터 경우 높은 성능을 제공하기 위해 SPARC v8 기반의 LEON2-FT/ AT697F 프로세서를 채택하였으며 SpaceWire, MIL-STD-1553B, CAN 등의 다양한 통신 디바이스들을 표준화 된 통신칩으로 구성하여 프로세서에서 PCI 통신을 통해 각종 디바이스들을 제어 및 통신 할 수 있도록 개발 하고 있다. 본 논문에서 차세대 탑재컴퓨터의 LEON2-FT 프로세서와 PCI 기반에서의 시스템 소프트웨어 개발 방안에 대해서 기술하며, PCI 소프트웨어 컴포넌트 설계 및 실시간 운영체제인 VxWorks 6.5 포팅 그리고 개발 된 시스템 소프트웨어를 검증하기 위한 시뮬레이션 방안을 제시한다.

웨어러블 운영체제의 동향 및 전망

황재민,남병규 대한전자공학회 2015 전자공학회지 Vol.42 No.6

A Reconfigurable Lighting Engine for Mobile GPU Shaders

안종훈,최성림,남병규 대한전자공학회 2015 Journal of semiconductor technology and science Vol.15 No.1

A reconfigurable lighting engine for widely used lighting models is proposed for low-power GPU shaders. Conventionally, lighting operations that involve many complex arithmetic operations were calculated by the shader programs on the GPU, which led to a significant energy overhead. In this letter, we propose a lighting engine to improve the energy-efficiency by supporting the widely used advanced lighting models in hardware. It supports the Blinn-Phong, Oren-Nayar, and Cook-Torrance models, by exploiting the logarithmic arithmetic and optimizing the trigonometric function evaluations for the energy-efficiency. Experimental results demonstrate 12.7%, 42.5%, and 35.5% reductions in terms of power-delay product from the shader program implementations for each lighting model. Moreover, our work shows 10.1% higher energy-efficiency for the Blinn-Phong model compared to the prior art.

An Energy-Efficient 64-bit Prefix Adder based on Semidynamic and Bypassing Structures

황재민,최성림,남병규 대한전자공학회 2015 Journal of semiconductor technology and science Vol.15 No.1

An energy-efficient 64-bit prefix adder is proposed for micro-server processors based on both semidynamic and bypassing structures. Prefix adders consist of three main stages i.e. propagate-generate (PG) stage, carry merge (CM) tree, and sum generators. In this architecture, the PG and CM stages consume most of the power because these are based on domino circuits. This letter proposes a semidynamic PG stage for its energy-efficiency. In addition, we adopt the bypassing structure on the CM tree to reduce its switching activity. Experimental results show 19.1% improvement of energy efficiency from prior art.