Real-Time Operating System(RTOS) in Jetson

RTOS란 무엇인가?

RTOS (Real-Time Operating System)는 특정 작업이 정해진 시간 안에 반드시 실행되어야 하는 시스템을 위한 운영체제이다. Jetson 플랫폼에서 RTOS를 적용하는 주된 목적은 지연 시간을 줄이고, 결정론적(deterministic) 처리를 보장하는 데 있다.

일반 커널과 RT 커널의 차이

Jetson에서 RT 커널 설치 방법

Jetson에서는 NVIDIA가 제공하는 RT 커널을 간단히 패키지 설치 방식으로 적용할 수 있다.

1. 커널 버전 확인

uname -r

• 일반 커널: 5.15.148-tegra
• RT 커널: 5.15.148-rt-tegra

2. 저장소 등록

sudo vi /etc/apt/sources.list.d/nvidia-l4t-apt-source.list

아래의 내용을 추가한다.

deb https://repo.download.nvidia.com/jetson/rt-kernel r36.4 main

3. RT 커널 설치

sudo apt update
sudo apt install nvidia-l4t-rt-kernel nvidia-l4t-rt-kernel-headers nvidia-l4t-rt-kernel-oot-modules nvidia-l4t-display-rt-kernel
sudo reboot

4. 부트 커널 전환 (설치/제거 없이)

sudo vi /boot/extlinux/extlinux.conf
# DEFAULT 값을 변경:
# - 실시간 커널: DEFAULT real-time
# - 일반 커널: DEFAULT primary
sudo reboot

• 예시) DEFAULT 값을 real-time으로 설정:

DEFAULT real-time

• reboot 후 uname -r로 확인

5. 제거 시

sudo apt remove nvidia-l4t-rt-kernel nvidia-l4t-rt-kernel-headers nvidia-l4t-rt-kernel-oot-modules nvidia-l4t-display-rt-kernel
sudo reboot

Python에서 실시간 우선순위 설정하기

실시간 커널만으로는 모든 사용자 애플리케이션이 실시간이 되지 않습니다. Python 스크립트도 실시간 우선순위로 실행되어야 합니다.

1. Python에 cap_sys_nice 권한 부여

sudo setcap 'cap_sys_nice=eip' /usr/bin/python3.8

2. 실시간 스케줄링 코드 예시

import ctypes

SCHED_FIFO = 1
class SchedParam(ctypes.Structure):
    _fields_ = [('sched_priority', ctypes.c_int)]

def set_realtime_priority(priority=99):
    libc = ctypes.CDLL('libc.so.6')
    param = SchedParam(priority)
    if libc.sched_setscheduler(0, SCHED_FIFO, ctypes.byref(param)) != 0:
        raise ValueError("실시간 우선순위 설정 실패")

3. 사용 시

set_realtime_priority()

RTOS를 활용한 ROS2 설계 시 고려사항

• rclcpp::MultiThreadedExecutor를 활용하여 ROS 콜백 스레드를 분리할 것
• 실시간 요구가 있는 노드에는 ReentrantCallbackGroup 사용
• 동적 메모리 할당, 동기화 객체 사용을 최소화하여 RT-safe 코드로 작성
• 노드 간 통신은 DDS QoS 설정 (e.g., reliable, deadline)을 통해 시간 보장

결론

RT 커널 설치 이후에도 Python이나 ROS2 환경에서 적절한 스케줄링과 구조 설계가 병행되어야 진정한 RTOS-like 시스템을 구축할 수 있다.

References

• NVIDIA RT Kernel 공식 문서
• Jetson 포럼의 PREEMPT_RT 적용 사례

설치방법 (Raspberry PI)

• Raspberry Pi 4B
• raspberrypi-realtime-linux