임베디드 시스템의 기본과 특징

임베디드 시스템(Embedded system)

• 임베디드 시스템은 내장형 시스템으로 H/W에 S/W가 내장된 시스템을 말한다. 보통 특수한 목적을 가지고 설계된 시스템이다. 대중적인 PC와 다른 느낌이다. 예를 들면 PC는 사용자가 원하는 목적의 행동을 할수있지만, 임베디드 시스템은 설계된 목적에 따라 행동한다.

 

임베디드 시스템의 특징으로는 다음과 같다.

 

1. 실시간 처리 지원(Real-Time)

-시스템이 정해진 시간내에 작업을 처리 하는 엄격한 시간 제약.

 

2. 높은 신뢰성(Reliability)

-문제가 발생시 치명적인 손해가 발생하므로 지속 동작성 및 빠른 복구성을 가진 높은 안정성 시스템.

 

3. 최적화 기술지원(집적률)

-제한된 자원 내에서 성능을 극대화 해야하므로 사이즈, 발열, 전력소모, 휴대성,CPU성능등을 최적화 하는 기술 사용.

 

4.목적성 있는 내장 S/W

-특정 기능이나 임무를 수행하기 위해 H/W에 최적화된 S/W가 내장.

 

5. 네트워크 및 멀티미디어 제공

-임베디드 시스템은 네트워크를 통해 연결되며, 멀티미디어 처리와 통신 지원.

 

임베디드 시스템의  구성

H/W 구성요소

1. 프로세서  (Processor) 

-시스템의 중앙 처리 장치로 MCU 및 MPU가 사용된다. 종류로는 CISC, RISC가 있다.

 

2. 메모리(Memory)

-RAM과 ROM이 있으며 RAM은 일시적 데이터 저장, ROM은 중요 S/W(펌웨어 등)을 저장한다.

 

3. 입출력 장치 (I/O Devices)

-센서, 액츄에이터, 통신 장치 등을 포함하는 장치로 시스템과의 상호작용을 돕는다.

 

4. 전원 공급 장치 (Power Supply)

-배터리 또는 외부 전력을 통해 시스템에 전력을 공급한다.

 

5. 타이머 및 카운터(Timer and Counter)

-실시간 처리를 위한 타이머와 카운터가 내장 되어있다.

 

6. 통신 모듈 (Communication Module)

-UART, I2C, SPI 등의 통신 인터페이스를 통해  다른 장치와 정보 교환이 가능하다.

 

S/W 구성요소

1. 펌웨어(Firmware)

-H/W를 제어하기 위한 프로그램, 하드웨어에서 직접 실행되는 저수준 코드이다.

 

2. 운영체제(Operating System)

-멀티테스킹 작업을 위한 운영체제이다. 임베디드 시스템에서는 RTOS, 임베디드 리눅스등을 사용한다.

 

3. 디바이스 드라이버(Device Driver)

-H/W와 S/W간의 인터페이스 역할이다. 각 장치의 기능을 S/W가 제어하도록 도와준다.

임베디드 시스템의 개발환경

• 임베디드 시스템은 H/W에 매우 의존적인 개발환경을 가지고 있다. 그러므로 개발은 일반적으로 PC에서 이루어지며, 결과물은 임베디드 H/W에서 실행된다. 개발자들은 크로스 컴파일러와 같은 도구를 사용해 코딩을한다.
• 이같은 환경때문에 개발자는 임베디드 시스템에 직접적은 접근이 어렵다. 그래서 JTAG, SWD, UART같은 디버깅 툴을 사용하여 분석 및 문제 해결을 한다.

JTAG, SWD, UART

 

임베디드 시스템의 운영체제

• 임베디드 시스템의 운영체제는 일반 PC의 운영체제와 다르게 실시간 처리 능력을 필요로한 시스템이 적합하다. 보통 RTOS(Real-Time Operating system)를 사용하는 경우가 많다. 또한 OS의 경량화 및 안정성을 중요시 본다.

임베디드 OS의 주요 종류는 다음과 같다.

 

1.  RTOS

-실시간 처리를 위해 설계된 운영체제다.(FreeRTOS, VxWorks, QNX, ChibiOS등)

 

2. Linux 기반 OS

-오픈 소스이자 사용자 지정 설정이 가능해 많이 사용한다.(Yocto Project, Buildroot등)

 

3. Windows 기반 OS

-마이크로 소프트의 임베디드용 운영체제이며, 특정 산업 장비 또는 스마트 기기에서 이용된다.

(Window CE, Windows IoT Core)