1. 졸업 프로젝트 발표 1/74 Trinity Snapshot Boot 날 짜: 2010. 06. 10 팀 명: Trinity
팀 원: 정진철, 추민호, 김승태
지도교수: 임성수 교수님

2. 2/74 Contents Contents I. Introduction II. Background
III. Expected effects
IV. Technical Requirement – Suspend & Resume
V. Odroid
VI. Output Detail
VII. Limiting factor
VIII. Development Environment
IX. Development Schedule
X. Milestone
XI. Reference

3. “Embedded System”에 관한 주제를 다루기로 하였습니다.
I. Introduction
3/74
『Trinity』 팀은
“Embedded System”에 관한 주제를 다루기로 하였습니다.
그 중, “Snapshot Boot” 라는 부팅 기법에 관하여
이번 프로젝트를 진행 할 계획입니다.
“Snapshot Boot”는 Embedded Linux System에서
『Snapshot Image』 를 이용하여
빠른 부팅 시간을 얻기 위한 부팅 기술입니다.

4. Too Slow… 4/74 II. Background Global Smart Phone Market ↑ But,
Smart Phone Boot Time is …
Too Slow…
Boot Time은
Smart Phone 시장에서
중요한 경쟁력 요소가 될 것이다.

5. III. Expected effect
5/74
NAND Flash Price ↓
Embedded System에
저장장치를 추가하여
Snapshot Image를 사용하는
Snapshot Boot를 적용하면
빠른 부팅을 제공할 수 있다.

6. IV. Technical Requirement 6/74
1. ARM Architecture 기반의 Suspend 기능 구현
2. Boot loader Level에서 Resume 기능 구현
Snapshot Boot 기능 구현

7. Snapshot Boot Sequence
IV. Technical Requirement
7/74
Snapshot Boot Sequence

8. System의 RAM 과 Register의 내용를
IV. Technical Requirement - Suspend
8/74
Suspend-to-Disk
System의 RAM 과 Register의 내용를
저장매체에 쓰는 작업을 말한다.
DRAM (DDR2)
Essential Pages
Suspend Call
8GB SDHC Card
Snapshot Image
Suspend & Resume
Processor
Freeze
Device
Suspend
Register
States

9. * * * 9/74 IV. Technical Requirement - Suspend
‘Suspend to Disk’ - Procedure
freeze_processes()
Powerdown machine *
free_some_memory()
write_suspend_image()
device_suspend()
device_resume()
device_power_down()
device_power_up() * *
save_processor_state()
Make Snapshot Image

10. Details of Suspend procedure
IV. Technical Requirement - Suspend
10/74
Details of Suspend procedure
Hibernation이
최초로 시작된다.
Memory management
Structure를 할당한다.
Hibernate작업 이전에
프로세스 준비작업등을
수행한다.

11. Details of Suspend procedure
IV. Technical Requirement - Suspend
11/74
Details of Suspend procedure
Page frames를 만들기
위한 비트맵을
메모리에 생성한다.
Bitmap data structure는
Memory page를 가리키는 linked list로 구성된다.

12. Details of Suspend procedure
IV. Technical Requirement - Suspend
12/74
Details of Suspend procedure
Processor가 활성화
되어있는지 확인한다.

13. Details of Suspend procedure
IV. Technical Requirement - Suspend
13/74
Details of Suspend procedure
사용자가 입력한 hibernation mode가
적합한지를 확인한다.

14. Details of Suspend procedure
IV. Technical Requirement - Suspend
14/74
Details of Suspend procedure
Hibernation을
수행할 수 있는지
Power Management의
Level을 확인한다.

15. Details of Suspend procedure
IV. Technical Requirement - Suspend
15/74
Details of Suspend procedure
각각의 test를
수행하는 동안 5초간
Delay를 준다.

16. Details of Suspend procedure
IV. Technical Requirement - Suspend
16/74
Details of Suspend procedure
장치들을 멈추고
Snapshot image를
만든다.

17. Details of Suspend procedure
IV. Technical Requirement - Suspend
17/74
Details of Suspend procedure
필요한 메모리의
크기만큼 공간을
비워둔다.

18. Details of Suspend procedure
IV. Technical Requirement - Suspend
18/74
Details of Suspend procedure
Power Management
Event Message
프로세스를 중단시킨다.

19. Details of Suspend procedure
IV. Technical Requirement - Suspend
19/74
Details of Suspend procedure
Interrupt를 중단시키고,
장치들을 중단 시킨후,
Hibernation image를
생성한다.
이미지 생성을 마치면,
다시 장치들을 실행한다.

20. Details of Suspend procedure
IV. Technical Requirement - Suspend
20/74
Details of Suspend procedure
Suspend를 시작을
나타내는 함수이다.

21. Details of Suspend procedure
IV. Technical Requirement - Suspend
21/74
Details of Suspend procedure
Power Management
에서 사용하는
Active device에
Lock을 건다.

22. Details of Suspend procedure
IV. Technical Requirement - Suspend
22/74
Details of Suspend procedure
Device의 전원을 끈다.

23. Details of Suspend procedure
IV. Technical Requirement - Suspend
23/74
Details of Suspend procedure
프로세서의 현재 상태를
저장한다.

24. Details of Suspend procedure
IV. Technical Requirement - Suspend
24/74
Details of Suspend procedure
프로세서를 다시
복구한다.

25. Details of Suspend procedure
IV. Technical Requirement - Suspend
25/74
Details of Suspend procedure
장치들을 다시
작동시킨다.

26. IV. Technical Requirement - Suspend 26/74
freeze_processes()
free_some_memory()
device_suspend()
device_power_down()
save_processor_state()
Make Snapshot Image
device_power_up()
Trigger “Suspend-to-Disk”
-> Everything works fine.
device_resume()
write_suspend_image()
Powerdown machine

27. IV. Technical Requirement - Suspend 27/74
freeze_processes()
free_some_memory()
device_suspend()
device_power_down()
save_processor_state()
Make Snapshot Image
2. Freeze processes
-> Freeze processes works correctly.
device_power_up()
device_resume()
write_suspend_image()
Powerdown machine

28. IV. Technical Requirement - Suspend 28/74
freeze_processes()
free_some_memory()
device_suspend()
device_power_down()
save_processor_state()
Make Snapshot Image
3. Free unnecessary memory
->We think that free unnecessary memory works correctly, because nr_free_pages become from 39708
device_power_up()
device_resume()
write_suspend_image()
Powerdown machine

29. IV. Technical Requirement - Suspend 29/74
freeze_processes()
free_some_memory()
device_suspend()
device_power_down()
save_processor_state()
Make Snapshot Image
4. Suspend devices
->Suspend devices procedure works well.
device_power_up()
device_resume()
write_suspend_image()
Powerdown machine

30. IV. Technical Requirement - Suspend 30/74
freeze_processes()
free_some_memory()
device_suspend()
device_power_down()
5. Power down devices
->Power down devices procedure
works well.
save_processor_state()
Make Snapshot Image
device_power_up()
device_resume()
write_suspend_image()
Powerdown machine

31. IV. Technical Requirement - Suspend 31/74
freeze_processes()
free_some_memory()
device_suspend()
device_power_down()
save_processor_state()
Make Snapshot Image
device_power_up()
6. Save processor state
device_resume()
write_suspend_image()
Powerdown machine

32. IV. Technical Requirement - Suspend 32/74
freeze_processes()
free_some_memory()
device_suspend()
device_power_down()
save_processor_state()
Make Snapshot Image
device_power_up()
device_resume()
7. Save processor registers
write_suspend_image()
Powerdown machine

33. IV. Technical Requirement - Suspend 33/74
freeze_processes()
free_some_memory()
device_suspend()
device_power_down()
save_processor_state()
Make Snapshot Image
8. Allocate memory for snapshot image
device_power_up()
device_resume()
write_suspend_image()
Powerdown machine

34. IV. Technical Requirement - Suspend 34/74
freeze_processes()
free_some_memory()
device_suspend()
device_power_down()
save_processor_state()
Make Snapshot Image
device_power_up()
10. Restore processor state
->Store processor state’s
reverse procedure. We think that it works fine.
device_resume()
write_suspend_image()
Powerdown machine

35. IV. Technical Requirement - Suspend
35/74
IV. Technical Requirement - Suspend
freeze_processes()
free_some_memory()
device_suspend()
device_power_down()
save_processor_state()
Make Snapshot Image
device_power_up()
11 – 14.
->Procedure works from 11 to 14.
device_resume()
write_suspend_image()
Powerdown machine

36. IV. Technical Requirement - Suspend 36/74
freeze_processes()
free_some_memory()
device_suspend()
device_power_down()
save_processor_state()
15. Halt machine
-> Power off machine code works fine.
Make Snapshot Image
device_power_up()
device_resume()
write_suspend_image()
Powerdown machine

37. Resume 37/74 IV. Technical Requirement - Resume Snapshot Image를 이용하여
System을 복구하는 과정이다.
DRAM (DDR2)
Essential Pages
Resume Call
Image Check
8GB SDHC Card
Snapshot Image
Suspend & Resume
Restore
Processor
Freeze
Device
Suspend
Register
States

38. * * * Jump to kernel 38/74 IV. Technical Requirement - Resume
Boot Loader
(U-Boot 1.3.4)
software_resume()
Read system image from storage to RAM
Wakeup board
freeze_processes() *
Copy system image to RAM
device_suspend() *
Minimal device setup for resume
device_power_down()
Jump to kernel resume point
Restore system image *
Jump to kernel
restore_processor_state()
device_power_up()
device_resume()
thaw_processes()

39. Details of Resume procedure
IV. Technical Requirement - Resume
39/74
Details of Resume procedure
Resume이 시작되는
지점이다.
software_resume()을
호출한다.

40. Details of Resume procedure
IV. Technical Requirement - Resume
40/74
Details of Resume procedure
이미지 검사를 수행하며,
Device를 멈추고,
이미지를 메모리로
복원하는 함수를
호출한다.

41. Details of Resume procedure
IV. Technical Requirement - Resume
41/74
Details of Resume procedure
Resume device의 signature를 확인한다.
Image File을 검증하는
단계이다.

42. Details of Resume procedure
IV. Technical Requirement - Resume
42/74
Details of Resume procedure
Page Frame을 만들기 위한 bitmaps을 메모리에 생성한다.

43. Details of Resume procedure
IV. Technical Requirement - Resume
43/74
Details of Resume procedure
Hibernation Image를 읽는다.

44. Details of Resume procedure
IV. Technical Requirement - Resume
44/74
Details of Resume procedure
장치를 멈추고,
Hibernation image를
복구한다.

45. Details of Resume procedure
IV. Technical Requirement - Resume
45/74
Details of Resume procedure
Device를 중지시킨다.

46. Details of Resume procedure
IV. Technical Requirement - Resume
46/74
Details of Resume procedure
각 장치들의 interrupt를
꺼주고, 저장된
이미지로부터 ram의
Content를 복구한다.

47. Details of Resume procedure
IV. Technical Requirement - Resume
47/74
Details of Resume procedure
Device의 전원을 종료한다.

48. Details of Resume procedure
IV. Technical Requirement - Resume
48/74
Details of Resume procedure
메모리의 contents를
Suspend image로 부터
복구한다.

49. Details of Resume procedure
IV. Technical Requirement - Resume
49/74
Details of Resume procedure
중단된 프로세서의 상태를 복구한다.

50. Details of Resume procedure
IV. Technical Requirement - Resume
50/74
Details of Resume procedure
Device의 전원을
다시 공급한다.

51. U-Boot 51/74 IV. Technical Requirement - Boot loader
ARM, MIPS, PPC와 같은 다양한 Architecture를
지원하는 Boot-loader이다.
Initialize CPU
Initialize Board
Uncompress Kernel
Load Kernel to Memory
Uncompress
RFS Image
Load RFS to Memory
Initialize Devices
Kernel Preparation
Root File System Preparation
Boot-loader Level

52. U-Boot(1.3.4) Directory Structure
IV. Technical Requirement - Boot loader
52/74
U-Boot Hierarchy
/u-boot
api
api_examples
doc
examples fs
nand_spl
onenand_*
post
tools
board
common
cpu
disk
drivers
include
Lib_*
net
U-Boot(1.3.4) Directory Structure

53. 각각의 보드 초기화 함수가 구현되어 있으며, board.c 파일로부터 호출된다.
IV. Technical Requirement - Boot loader
53/74
U-Boot Hierarchy
/u-boot
api
api_examples
doc
examples fs
nand_spl
onenand_*
post
tools
board
common
cpu
disk
drivers
include
Lib_*
net
각각의 보드 초기화 함수가 구현되어 있으며, board.c 파일로부터 호출된다.

54. IV. Technical Requirement - Boot loader 54/74
U-Boot Hierarchy
/u-boot
api
api_examples
doc
examples fs
nand_spl
onenand_*
post
tools
board
common
cpu
disk
drivers
include
Lib_*
net
Architecture나 Target에 무관한 소프트웨어로
시간설정, USB 디바이스 설정 명령어 등이 존재한다.

55. 각각의 CPU에 대한 정보와 interrupt 함수가
IV. Technical Requirement - Boot loader
55/74
U-Boot Hierarchy
/u-boot
api
api_examples
doc
examples fs
nand_spl
onenand_*
post
tools
board
common
cpu
disk
drivers
include
Lib_*
net
각각의 CPU에 대한 정보와 interrupt 함수가
구현된 파일이 있다.

56. IV. Technical Requirement - Boot loader 56/74
U-Boot Hierarchy
/u-boot
api
api_examples
doc
examples fs
nand_spl
onenand_*
post
tools
board
common
cpu
disk
drivers
include
Lib_*
net
디스크 드라이버 (SATA/SCSI) 및
디스크 파티션 정보가 들어있다.

57. IV. Technical Requirement - Boot loader 57/74
U-Boot Hierarchy
/u-boot
api
api_examples
doc
examples fs
nand_spl
onenand_*
post
tools
board
common
cpu
disk
drivers
include
Lib_*
net
네트워크, PCI와 같은 장치 드라이버가 있다.

58. IV. Technical Requirement - Boot loader 58/74
U-Boot Hierarchy
/u-boot
api
api_examples
doc
examples fs
nand_spl
onenand_*
post
tools
board
common
cpu
disk
drivers
include
Lib_*
net
각 보드 장치의 base address 주소, memory
Controller에 관한 레지스터 설정 헤더파일이 있다.

59. 메모리 크기 설정, baudrate 설정, CPU 정보 출력 등 각 보드의 특정 루틴을 호출하는
IV. Technical Requirement - Boot loader
59/74
U-Boot Hierarchy
/u-boot
api
api_examples
doc
examples fs
nand_spl
onenand_*
post
tools
board
common
cpu
disk
drivers
include
Lib_*
net
메모리 크기 설정, baudrate 설정, CPU 정보 출력 등 각 보드의 특정 루틴을 호출하는
프로세서 라이브러리 파일이 있다.

60. TFTP, ARP등 Ethernet 설정 함수가 있다.
IV. Technical Requirement - Boot loader
60/74
U-Boot Hierarchy
/u-boot
api
api_examples
doc
examples fs
nand_spl
onenand_*
post
tools
board
common
cpu
disk
drivers
include
Lib_*
net
TFTP, ARP등 Ethernet 설정 함수가 있다.

61. IV. Technical Requirement - Boot loader 61/74
U-Boot Hierarchy
/u-boot
api
api_examples
doc
examples fs
nand_spl
onenand_*
post
tools
board
common
cpu
disk
drivers
include
Lib_*
net
README 문서가 있다.

62. IV. Technical Requirement - Boot loader 62/74
U-Boot Hierarchy
/u-boot
api
api_examples
doc
examples fs
nand_spl
onenand_*
post
tools
board
common
cpu
disk
drivers
include
Lib_*
net
예제코드가 있다.

63. FAT/JFFS와 같은 파일시스템 코드가 있다.
IV. Technical Requirement - Boot loader
63/74
U-Boot Hierarchy
/u-boot
api
api_examples
doc
examples fs
nand_spl
onenand_*
post
tools
board
common
cpu
disk
drivers
include
Lib_*
net
FAT/JFFS와 같은 파일시스템 코드가 있다.

64. S-Record 또는 U-Boot image를 만드는
IV. Technical Requirement - Boot loader
64/74
U-Boot Hierarchy
/u-boot
api
api_examples
doc
examples fs
nand_spl
onenand_*
post
tools
board
common
cpu
disk
drivers
include
Lib_*
net
S-Record 또는 U-Boot image를 만드는
도구 코드가 있다.

65. 각 장치에 대해 Power On Self Test를 하는
IV. Technical Requirement - Boot loader
65/74
U-Boot Hierarchy
/u-boot
api
api_examples
doc
examples fs
nand_spl
onenand_*
post
tools
board
common
cpu
disk
drivers
include
Lib_*
net
각 장치에 대해 Power On Self Test를 하는
코드가 있다.

66. Processor: S5PC100 (Cortex-A8) Memory: 512MB DDR2
V. Odroid
66/74
Specifications
Processor: S5PC100 (Cortex-A8)
Memory: 512MB DDR2
Flash: 10GB (2GB T-Flash, 8GB SDHC)
Operating System: Android 1.5R3 with
Linux

67. Snapshot Boot Sequence
VI. Output Detail
67/74
Snapshot Boot Sequence
Initialize Board
Restore Register
Setup
Device
Resume
Device
&
System
Power On
Boot-loader
(U-Boot)
Kernel
Check Image
State Resumed
Create Image
8GB SDHC Card
DRAM (DDR2)
Essential Pages
Copy Image
Previous State
Snapshot Image

68. VI. Output Detail
68/74

69. VI. Output Detail
69/74

70. VII. Limiting Factor
70/74
Memory uses: KB (146MB)
SDHD Card Transcend 8GB SDHC Card
Read Speed: 14.54MB/Sec
Write Speed: 7.93MB/Sec
145MB / 14.54MB/Sec = 9.97 Sec/Read
145MB / 7.93MB/Sec = Sec/Write
실제로 사용되는 Active Page만
Image로 만드는 방법을 적용시켜야 한다.

71. VIII. Development Environment
71/74
Hardware: Intel Pentium 4 CPU 2.80GHz
512 MB DDR2 SDRAM
Software: Linux (Ubuntu)
U-Boot svn
arm-linux-gcc (GCC) 4.2.2

72. IX. Development Schedule 72/74
개발일정
12월 1월 2월 3월 4월 5월
개발환경구축
Project 계획 정리
Project 개발 환경 구축
자료조사
Target Board 조사
Bootloader 조사
Flash Memory 조사
Odroid’s Device
목록 정리 설계
Snapshot Code
검증 및 분석 구현
Snapshot Image 구현
테스트
System Test

73. 73/74 X. Milestone 마일스톤 개요 시작일 종료일 관련 논문 조사
Snapshot Boot 관련 논문 및 자료 조사
Target Board 조사 및 선정
Snapshot Boot를 적용할 Target Board를 조사
부트로더 자료 조사
U-Boot에 관련된 자료 조사
Flash Memory 조사
NAND, NOR 플래시 메모리 관련 자료 조사
Suspend-to-Disk 관련 자료 조 사
Linux Kernel의 Hibernation 구조 조사
Snapshot Image 생성 구현
부트로더 포팅
Bootloader 포팅
1차 결과물 점검
프로젝트 진행상황 점검
중간 발표
프로젝트 중간 발표
개발 완료
프로젝트 개발 완료
테스트
프로젝트 개발 테스트
최종 발표
프로젝트 최종 발표

74. XI. Reference
74/74 번호 종류 제목 출처
발행년도 저자 기타 1 논문
Improving Linux Startup Time Usi ng Software Resume (and other t echniques)
Sony,
Corp.
2006, 7
Hiroki Kamin aga 2 웹
Hardker- nel
Odroid
Official
Site 3 문서
Flash Memory Guide
Kingston
2009 4
U-Boot