4. 계측기, firmware, kernel과 userspace를 공통 시간축으로 맞춘다

CHAPTER 04

4. 계측기, firmware, kernel과 userspace를 공통 시간축으로 맞춘다

하나의 사건 ID를 GPIO marker, `trace_marker`, firmware log와 application payload에 넣고 각 clock의 offset과 drift를 보정합니다. 순서만 맞추는 것이 아니라 경계별 latency를 계산할 수 있게 합니다.

event ID

timestamp가 달라도 동일 사건을 확실히 매칭합니다.

clock domain

scope, cycle counter, kernel monotonic과 userspace clock은 원점과 속도가 다릅니다.

marker latency

marker를 쓰는 행위에도 software/bus 지연이 있으므로 calibration이 필요합니다.

trace loss

buffer overflow와 overwrite를 기록하지 않으면 사건이 없었다고 오판합니다.

기록 항목과 판정 기준

항목	수집 방법	필수 metadata	통과 기준	누락 시 위험
hardware marker	GPIO/analyzer	event ID encoding, probe	stimulus와 고정 관계	software timestamp만 남음
kernel trace	ftrace/trace_marker	clock, CPU, lost events	entry/exit와 ID 연결	buffer overflow
firmware log	cycle counter	frequency, wrap, boot offset	kernel marker와 보정 가능	서로 다른 clock 혼합
userspace	payload/monotonic timestamp	process/thread/sequence	socket 결과와 ID 일치	application queue 지연 누락
calibration	동시 marker	offset, drift, uncertainty	시험 구간 오차 이내	거짓 선후관계

실패한 실험을 바로잡는 표

증상	문제점	다시 고정할 변수	재시험	유효한 결론
로그 순서가 뒤집힘	clock 원점 다름	offset/drift	동시 marker 회귀	보정 후 순서
일부 event가 없음	buffer overflow 가능	lost counter/buffer size	짧은 capture 재시험	실제 loss와 수집 loss 분리
GPIO와 trace 차이가 변함	marker latency 불안정	CPU scheduling/MMIO posting	RT pinning과 readback 비교	marker uncertainty
장시간 drift	초기 sync만 수행	clock frequency	구간별 calibration	drift 보정
printk 추가 후 정상	관측이 timing 변경	low-overhead trace	binary buffer로 재시험	timing race

그림 1. 4. 계측기, firmware, kernel과 userspace를 공통 시간축으로 맞춘다의 실행 순서왼쪽에서 오른쪽으로 실제 소유권과 관찰 지점이 이동합니다.

01 event ID 생성

02 hardware marker

03 firmware stamp

04 kernel trace_marker

05 driver events

06 userspace receipt

07 clock 보정

08 구간 latency

실제 검증 절차

순서	실행	남길 증거	판정 목적
1	모든 로그에 동일한 증가 event ID를 넣습니다.	ID 매칭	사건 식별
2	시험 시작/끝에 동시 marker를 발생시킵니다.	offset/drift	clock 보정
3	trace lost event와 buffer 상태를 결과에 포함합니다.	수집 완전성	부재 증거 검증
4	경계별 delta와 uncertainty를 계산합니다.	latency 표	상한 분석

주의서로 다른 clock의 raw timestamp를 숫자 크기만으로 정렬하지 않습니다.

공개적으로 다시 확인할 수 있는 자료

공개되지 않은 vendor register나 integration별 offset을 추측해서 채우지 않았습니다. 아래 제조사 자료, architecture 문서와 Linux v6.18.37 원본에서 다시 확인할 수 있는 범위만 사용했습니다.

Linux ftrace

trace_marker, function graph와 event tracing

Linux DMA API HOWTO

DMA mapping, ownership과 cache synchronization

Linux PCIe AER

PCIe hierarchy error source와 recovery

Linux fault injection

allocation, I/O와 driver 오류 경로 검증