FreeRTOS

1. 개요

FreeRTOS는 2003년 리처드 배리에 의해 개발된 실시간 운영 체제 커널로, 이후 아마존 웹 서비스(AWS)로 관리 주체가 변경되었다. C 언어로 작성되어 다양한 마이크로컨트롤러 아키텍처를 지원하며, 스레드, 뮤텍스, 세마포어, 소프트웨어 타이머 등을 제공한다. 주요 기능으로는 작은 메모리 크기, 낮은 오버헤드, 틱리스 옵션, 선점형/협력형 멀티태스킹 지원 등이 있다. FreeRTOS를 기반으로 아마존 FreeRTOS, SAFERTOS, OPENRTOS 등의 파생 제품이 있으며, 라이선스는 GPL에서 MIT로 변경되었다.

2. 역사

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FreeRTOS 커널은 2003년경 리처드 배리에 의해 처음 개발되었으며, 이후 배리의 회사인 Real Time Engineers Ltd.에서 개발 및 유지 관리되었다. 2017년, FreeRTOS 프로젝트 관리는 아마존 웹 서비스(AWS)로 넘어갔다. 배리는 AWS 팀의 일원으로서 FreeRTOS 개발을 계속하고 있다. 아마존으로 전환되면서, 프로젝트의 후속 릴리스는 라이선스가 GPL 버전 2 (FreeRTOS 커널 외부의 독점 코드에 대한 정적 연결에 대한 특별 예외 조항 포함)에서 MIT로 변경되었다.

버전 9까지는 예외 조항이 있는 GPL 하에 배포되었다. 예외 조항은 커널 자체가 오픈 소스인 경우 사용자의 코드를 클로즈드 소스로 유지할 수 있다는 내용이다. 아마존에 인수된 후의 버전 10부터는 MIT 라이선스를 채택하고 있다.

3. 구현

FreeRTOS는 이식성과 유지보수성을 높이기 위해 대부분 C로 작성되었다. 아키텍처별 스케줄러 루틴 등 필요한 경우 소수의 어셈블리 언어 함수도 포함한다. 커널 자체는 3~4개의 C 파일로 구성되어 있으며, 코드는 가독성이 좋고 이식 및 유지보수가 용이하다.

3.1. 프로세스 관리

FreeRTOS는 여러 개의 스레드 또는 태스크, 뮤텍스, 세마포어, 소프트웨어 타이머를 위한 방법을 제공한다. 저전력 애플리케이션을 위해 틱리스 모드가 제공된다. 스레드 우선 순위가 지원된다. FreeRTOS 애플리케이션은 정적으로 할당될 수 있지만, 객체는 다음 5가지 메모리 관리 (할당) 방식으로 동적으로 할당될 수도 있다.

* 할당만;
* 매우 간단하고 빠른 알고리즘으로 할당 및 해제;
* 메모리 병합을 사용하는 더 복잡하지만 빠른 할당 및 해제 알고리즘;
* 여러 메모리 영역에 힙을 분산시킬 수 있는 메모리 병합을 포함하는 더 복잡한 방식의 대안;
* 일부 상호 배제 보호 기능을 갖춘 C 라이브러리 할당 및 해제.

FreeRTOS는 호스트 프로그램이 정기적인 짧은 간격으로 스레드 틱 메서드를 호출하여 여러 스레드를 구현한다. 스레드 틱 메서드는 우선 순위 및 라운드 로빈 스케줄링 방식을 기반으로 태스크를 전환한다. 일반적인 간격은 하드웨어 타이머의 인터럽트를 통해 1~10밀리초( ~ 초)이지만, 이 간격은 주어진 애플리케이션에 맞게 자주 변경된다.

4. 주요 기능

FreeRTOS는 작은 메모리 크기, 낮은 오버헤드, 빠른 실행 속도를 가진다. 저전력 응용 프로그램을 위한 틱리스(tick-less) 옵션도 제공한다. 취미로 개발하는 사람들과 상업용 제품을 개발하는 전문 개발자 모두를 대상으로 한다.

스케줄러는 선점형 멀티태스킹 또는 협력형 멀티태스킹으로 구성할 수 있다. 코루틴을 지원하는데, FreeRTOS의 코루틴은 태스크와 유사하지만 콜 스택 사용이 제한적이며 간단하고 가볍다.

일반적인 트레이스 매크로를 통해 트레이스를 지원한다. FreeRTOS 파트너인 Percepio의 상용 도구인 Tracealyzer와 같은 도구를 사용하여 디버깅 및 검증을 위해 세마포어 및 큐 작업에 대한 태스크 스케줄링 및 커널 호출을 포함하여 FreeRTOS 기반 시스템의 런타임 동작을 기록하고 시각화할 수 있다.

5. 지원 아키텍처

FreeRTOS는 다양한 종류의 마이크로컨트롤러 및 프로세서 아키텍처를 지원한다.

6. 파생 제품

FreeRTOS 커널은 2003년경 리처드 배리가 개발하였으며, 이후 그의 회사인 Real Time Engineers Ltd.에서 개발 및 유지 관리되었다. 2017년, 이 회사는 FreeRTOS 프로젝트 관리를 아마존 웹 서비스(AWS)로 넘겼다. 배리는 AWS 팀의 일원으로서 FreeRTOS 작업을 계속하고 있다. 아마존으로 전환되면서, 프로젝트의 라이선스는 GPL 버전 2에서 MIT로 변경되었다.

FreeRTOS를 기반으로 개발된 주요 파생 제품은 다음과 같다:

* [[Amazon FreeRTOS]]: 아마존에서 사물 인터넷(IoT) 지원을 위한 라이브러리를 갖춘 FreeRTOS 확장판이다.
* SAFERTOS: FreeRTOS와 유사한 기능을 가지지만 안전 필수 구현을 위해 설계되었다.
* OPENRTOS: Wittenstein High Integrity Systems에서 판매하는 아마존 FreeRTOS의 상용 라이선스 버전이다.

6.1. Amazon FreeRTOS

아마존은 사물 인터넷(IoT) 지원을 위한 라이브러리를 갖춘 FreeRTOS의 확장판을 제공하며, 이는 특히 아마존 웹 서비스(AWS)를 위해 제작되었다. 2017년 버전 10.0.0부터 아마존은 원본 커널에 대한 업데이트를 포함하여 FreeRTOS 코드 관리를 맡았다.

6.2. SAFERTOS

SAFERTOS는 FreeRTOS의 보완 버전으로 개발되었으며, 공통 기능을 가지면서도 안전 필수 구현을 위해 설계되었다. FreeRTOS는 위험성 및 운용성 연구(HAZOP)를 거쳤으며, 약점이 식별되어 해결되었다. 그 결과는 소프트웨어 전용 구성 요소의 최고 수준인 전체 IEC 61508 SIL 3 개발 수명 주기를 거쳤다.

SAFERTOS는 FreeRTOS 프로젝트의 주요 개발자인 Real Time Engineers Ltd와 파트너십을 맺고 Wittenstein High Integrity Systems에 의해 개발되었다. SAFERTOS와 FreeRTOS는 동일한 스케줄링 알고리즘을 공유하고 유사한 응용 프로그래밍 인터페이스(API)를 가지지만, 개발 목표가 달랐다. SAFERTOS는 IEC61508 인증 요구 사항을 충족하기 위해 전적으로 C 언어로 개발되었다.

SAFERTOS는 표준 준수를 위해 마이크로컨트롤러의 온칩 읽기 전용 메모리(ROM)에만 존재할 수 있다. 하드웨어 메모리에 구현된 경우 SAFERTOS 코드는 원래의 인증된 구성에서만 사용할 수 있다. 즉, 시스템을 인증하는 데 설계의 커널 부분에 대한 재테스트가 필요하지 않다. SAFERTOS는 Texas Instruments의 일부 Stellaris 마이크로컨트롤러의 ROM에 포함되어 있다. SAFERTOS 소스 코드는 별도로 구매할 필요가 없다. 이 사용 시나리오에서는 C 헤더 파일을 사용하여 SAFERTOS API 함수를 읽기 전용 메모리의 해당 위치에 매핑한다.

6.3. OPENRTOS

Wittenstein High Integrity Systems에서 판매하는 상용 라이선스 버전의 아마존 FreeRTOS이다. 이 제품은 아마존 FreeRTOS 커널 및 라이브러리를 MIT 라이선스 없이 사용할 수 있도록 지원한다.

OpenRTOS는 FreeRTOS에서 GPL에 대한 언급과 GPL에 의한 구현을 모두 제거한 것이다. 예를 들어, 상용 제품에 FreeRTOS를 통합한 경우에는 제조자는 FreeRTOS를 사용하고 있음을 인지하고, 사용자가 요구할 경우 GPL 규정에 따라 소스 코드를 공개해야 하지만, OpenRTOS를 채택하는 경우에는 그러한 제약이 없다.

7. 라이선스

FreeRTOS 커널은 2003년경 리처드 배리(Richard Barry)에 의해 처음 개발되었으며, 이후 배리의 회사인 Real Time Engineers Ltd.에 의해 개발 및 유지 관리되었다. 2017년에 이 회사는 FreeRTOS 프로젝트의 관리를 아마존 웹 서비스(AWS)로 넘겼다. 배리는 AWS 팀의 일원으로서 FreeRTOS 작업을 계속하고 있다.

버전 9까지는 예외 조항이 있는 GPL 하에 배포되었다. 예외 조항은 커널 자체가 오픈 소스인 경우 사용자의 코드를 클로즈드 소스로 유지할 수 있다는 내용이다. 아마존에 인수된 후의 버전 10부터는 MIT 라이선스를 채택하고 있다.