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임베디드 시스템 소개 -1. 1. 임베디드 시스템 소개. 1.1 임베디드 시스템의 정의 1.2 임베디드 시스템 예 1.3 임베디드 시스템의 역사 1.4 임베디드 소프트웨어 1.4 임베디드 실시간 시스템 1.5 임베디드 운영체제. 임베디드 시스템의 정의 (1). 기존의 정의 마이크로 프로세서 혹은 마이크로 컨트롤러를 내장 (embedded) 하여 원래 제작자가 지정한 기능만을 수행하는 장치
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1. 임베디드 시스템 소개 • 1.1 임베디드 시스템의 정의 • 1.2 임베디드 시스템 예 • 1.3 임베디드 시스템의 역사 • 1.4 임베디드 소프트웨어 • 1.4 임베디드 실시간 시스템 • 1.5 임베디드 운영체제
임베디드 시스템의 정의 (1) • 기존의 정의 • 마이크로 프로세서 혹은 마이크로 컨트롤러를 내장(embedded)하여 원래 제작자가 지정한 기능만을 수행하는 장치 • 일반적으로 보다 큰 시스템의 일부로서 특별한 업무를 수행하기 위한 하드웨어와 소프트웨어를 포함하고 있는 특정한 응용 시스템 • 구성 • 임베디드 H/W : 프로세서/컨트롤러,메모리, I/O,네트워크 • 임베디드 S/W : 커널,시스템 S/W, 응용 S/W
임베디드 시스템의 정의(2) • 본서의 정의 • 일반적으로 보다 큰 시스템의 일부이거나 독립된 시스템으로서 • 특별한 업무를 수행하거나 사용자가 임의로 정한 업무를 수행하기 위한 • 하드웨어와 소프트웨어를 포함하는 특정한 응용시스템으로서 • 하드웨어와 소프트웨어의 변경이 매우 어려운 시스템
실시간 시스템 (Real-Time System) • 실시간 시스템이란? • 특정 반응에 대해 정해진 시간 내에 행동할 수 없을 때 문제가 발생하는 시스템. 그 결과가 산출되어야 하는 시간에도 적시성(timeliness)을 가지며 외부 자극에도 예측 가능한(predictable) 방식으로 반응. • timeliness? 열악한 환경 하에서도 데드라인(deadline) 이내에 논리적으로도 정확한 출력 값을 산출해 내는 것 . • deadline이란 반응에 요구되는 시간의 한계 값 • 분류 • Hard 실시간 시스템- 제어작업이 deadline을 어기는 경우 시스템에 심각한 영향을 주는 time-critical 속성을 지닌 시스템예) 항공기, 우주 왕복선, 자동차 등 • Soft 실시간 시스템- Deadline을 어긴 단위 제어 작업의 무효화로 시스템의 평균적 성능에 미세한 영향을 주는 시스템예) 컴퓨터, 정보기기, 네트워크 관련기기 등
Micro Processor OS - Kernel Micro Controller Device driver Memory Application H/W S/W 임베디드 시스템 임베디드 시스템이란 • “컴퓨터의 하드웨어와 소프트웨어가 조합되어 특정한 목적을 수행하는 시스템” • H/W : 마이크로프로세서, 메모리 등 • S/W : OS, 디바이스 드라이버, 응용 프로그램, 네트워크 응용 등 • 적용분야 • 제어분야 : 공장자동화, 가정자동화, 로봇 제어, 공정제어, 등 • 단말기기 : 핸드폰, PDA, 스마트 폰, LBS 등 • 정보가전기기 : 프린터, 인터넷 냉장고, 게임기, HDTV 등 • 네트워크기기 : 교환기, Router, 홈 서버, 홈 게이트웨이 등
임베디드 시스템 예(1) • 임베디드 시스템 4대 응용분야 • 제어 응용 • 실시간성이 강함, 공장자동화, 로봇 제어, 공정제어, 등 • 단말 • 저전력, 소형 등이 요구됨, 핸드폰, PDA 등 • 통신장비 • 다양한 입출력 장치 요구, 집속기, 교환기, 등 • 사무용, 가정용 정보기기 • 고성능의 CPU 요구, 프린터, 인터넷 냉장고, 게임기 등
HDTV/인터넷TV 인터넷 검색, 각종 기능 설정 등 전자레인지 인터넷으로 요리정보 검색 및 다운로드 홈 네트워크 세탁기 인터넷으로 세탁기 제어 및 각종 자동 실행 보일러 인터넷으로 제어 및 각종 운행 인터넷 냉장고 인터넷으로 제어, 정보 검색 및 다운로드 캠코더 디지털 카메라, 네트워크 연결, 다양한 기능 임베디드 시스템 예(2) • 정보가전 • 기술의 발전에 따라 일반 가전 제품에 다양한 기능이 요구됨 • 다양한 기능의 처리를 위한 가전제품 전용 임베디드 시스템 적용 • 가정 내 네트웍 구성에 따른 원격 제어, 정보 수집 등이 가능해짐 • 홈 오토메이션, 홈 네트워킹과 함께 가정 자동화의 한 부분 • 인터넷 냉장고, HDTV, 인터넷 전자레인지,DVR, 세탁기 등
임베디드 시스템 예(3) • 가정자동화 : HA ( Home Automation ) • 집안의 모든 것들을 리모컨 하나로 제어하는 것이 목표 • 현재는 리모컨이 아닌 웹 패드, 음성인식 등을 이용한 제어로 발전 중임 • 네트워크에 연결되고 각종 자동화 기능 및 기기 별 특정 기능을 수행하기 위해 임베디드 시스템이 탑재되어 있음
임베디드 시스템 예(4) • 공장자동화 : FA ( Factory Automation ) • 인간이 아닌 특정 기계나 장비를 통해 생산 과정을 자동적으로 관리하는 시스템 • 센서와 제어 시스템, 로봇 등으로 구성하여 무인시스템을 구축 • 공장 자동화 및 로봇은 실시간 시스템 과 임베디드 시스템 발전의 원동력 • 정보단말기기 • 단순한 통화 기능의 이동 전화기에서 각종 정보검색, 오락, 메시징 등의 복합 기능이 수행되는 디지털 정보단말기기로 발전 • 단말기기 각각의 기능에 맞는 마이크로프로세서, 메모리, 운영체제, 응용 프로그램 등으로 구성 • 앞으로는 다양한 단말기기가 하나의 기기로 통합될 것으로 예상됨 • 예) 핸드폰, PDA, 스마트 폰, MP3 플레이어, 게임기기 등 • 자동차, 비행기, 우주 왕복선, 군사용 무기 시스템, 사무기기 등 모든 영역 전자관련 기기에 임베디드 시스템을 탑재하고 있으며 발전 속도와 적용 분야는 더욱 빨라지고 넓어질 것이다.
실시간성 입출력 GUI CPU 처리 저소비전력 요구 제 어 크 다 다 양 불필요 보 통 보 통 가 전 작 다 단 순 대형LCD 높 다 작 다 단 말 작 다 단 순 중소형LCD 보 통 크 다 통신장비 보 통 다 양 불필요 보 통 보 통 임베디드 시스템 예(5) • 임베디드 시스템 적용 사례 별 특성
내장형 시스템의 초기 역사(1) • EDVAC->UNIVAC->BINAC(1949) • Stored program style • For navigating long-range missile • But, not reliable • WHIRLWIND project(1951) • First functioning and reliable real-time computer • 16 bit real-time system with 2kB of magnetic-core memory • For computing interception courses for 48 fighter planes • A test-bed for SAGE(Semi-Automatic Ground Environment air defense-system) • PDP-8(60’s), PDP-11(70’s): mini computer • 71, Intel’s 4004 • The first microprocessor • Used in BusiCalc
내장형 시스템 역사(2) • 역사 : 공장 자동화와 역사를 같이 함 • 임베디드 실시간 시스템 • 실시간 시스템 : 정해진 시간 내에 올바른 결과를 출력하는 시스템 • 공장자동화를 위한 임베디드 시스템 : 실시간적인 요소를 포함하고 있음 • 예 • 전투기의 비행 제어 시스템 • 핵발전소의 제어 시스템 • 인공위성의 제어 시스템 등등
내장형 시스템 관련 기술들 • 마이크로 프로세서 • 하드웨어 시스템 • 시스템 버스 와 입출력 버스들 • 캐쉬, 가상기억시스템, • 폴링 과 인터럽트 • 직접 메모리 접근(Direct Memory Acces) • 내장형 및 실시간 운영체제 • Man Machine Interface • 고장허용(fault tolerant) • 개발환경의 중요성 • 임베디드 인터넷
임베디드 소프트웨어 개요 • 임베디드 시스템 • 특정 목적으로 구성된 하드웨어 위에 소프트웨어를 내장하여 최적화시킨 시스템 • 임베디드 소프트웨어 • 임베디드 시스템에 탑재되는 시스템 소프트웨어, 미들웨어, 응용 소프트웨어를 총칭 • 임베디드 프로세서 • 논리 회로와 메모리 등을 하나로 합하여 프로세서의 기본적인 처리 기능에 입출력, 저장 기능을 포함시킨 프로세서
임베디드 소프트웨어 시장 동향(1) • 임베디드 시스템 시장의 고속 성장 • 2002년 세계 시장 약 1,000억 달러(Published by RCW Mirus Inc. 2001. 7. 발표) • H/W 분야 500억 달러 • S/W 분야 430억 달러 • 2002년 이후 PC 시장 추월 예상 • Cf. IDC 자료에 따르면 세계 시장 120억 달러 • H/W 분야 60억 달러 • S/W 분야 52억 달러 • 매년 30% 이상 성장
임베디드 소프트웨어 시장 동향(2) • 소프트웨어 시장 • 제 1 강자는 없다 • 가장 각축전이 치열한 분야는 임베디드 운영체제(OS) • PC 시장과 같이 특정 OS 가 시장을 독점하지 않고 있음 • 적용제품의 종류, 규모에 따라 여러 종류의 상용 및 비상용 제품 다양 • 임베디드 OS 및 플랫폼, 애플리케이션 시장을 놓고 • VxWorks, • 윈도CE, • 임베디드 리눅스, • 썬의 Java, • 일본의 Tron 진영 간의 불꽃 튀는 경쟁
임베디드 소프트웨어 시장 동향(3) • 하드웨어 시장 • 2개 업체가 높은 기술력과 시장 점유율 보유 • 모토롤라반도체 사업부 • 32비트 시장 중심 가장 다양한 제품군 보유(MC683XX, MPC8260,…) • 썬마이크로시스템즈 • 성능 강화에 중점을 둔 64비트 고성능 프로세서 출시 • High-End 시장 선도
임베디드 시스템 동향 • 미국 • 프로세서, OS, 프로토콜 등 전 분야를 점유 • 미국은 군사/과학용 임베디드 S/W를 21세기 핵심 분야로 선정하고 매년 4천억 달러 이상을 연구개발에 투자 • 유럽 • 개발도구, 부라우저 등의 일부 업체가 존재 • 군사/교통용 임베디드 S/W에 ’99년 부터 7년간 3조 8천억을 투자 • 일본 • 총무성 주도로 ubiquitous 네트워크 개발을 추진 중 • ’84년부터 TRON 협회에서 표준 임베디드 OS를 개발, 일본 내 가전제품에 적용 중 • 임베디드 OS • Real-Time Operating System 중심 • MS의 WinCE 및 임베디드 리눅스 진입 시작 • 미들웨어, 각종 서비스를 포괄하는 플랫폼 기술이 중요하게 대두
산업구분 활용분야 컨슈머 일렉트로닉스 휴대폰, TV, 오디오, 전자레인지, 세탁기, 게임기 등 사무 자동화 전화기, 프린터 등 텔리컴/데이터컴 라우터 등 각종 통신용 장비 산업자동화 공장 자동화 시스템, 엘리베이터 제어 등 리테일 오토메이션 POS, 물류단말, 영업단말 등 메디컬 Heart Pacer 등 오토모티브 CNS(GPS, GIS) 등 밀리터리/에어로스페이스 야전 이동단말(GPS, GIS), Avionics 등 임베디드 소프트웨어 산업 구분
컴퓨팅 산업 구조 새로운 수평적 컴퓨터 산업 구조(Circa 2000) 이전 수직적 컴퓨터 산업 구조(Circa 1980) Retail Store Superstores Dealers Online Order • 1980년대 수직적인 산업 구조에서 수평적인 산업 구조로 변화 • 임베디드 산업 구조는 수직과 수평이 공존하면서 수평적인 측으로 향하고 있음 세일즈와 디 스트리뷰션 세일즈와 디 스트리뷰션 MS 오피스 스타오피스 기타 애플리케이션 소프트웨어 애플리케이션 소프트웨어 윈도우 유닉스 맥 리눅스 운영체제 운영체제 컴팩 델 IBM HP 게이트 웨이 기타 컴퓨터 컴퓨터 인텔 모토로라 AMD RISCs 칩 칩 IBM DEC Prime HP
임베디드 소프트웨어 분류 • 임베디드 응용 소프트웨어 • 멀티미디어 재생기, MAP Viewer, 브라우저, PIM 응용, 게임, 모바일 숍, CNS(GPS, GIS) 등 • 임베디드 미들웨어 • JVM, CORBA, COM, 무선 인터넷 플랫폼(Brew), 각종 통신 프로토콜 관리기 등 • 임베디드 시스템 소프트웨어 • 적응형 RTOS, 메모리 상주 DBMS, 디바이스 드라이버, 저전력 지원 등 • 임베디드 소프트웨어 개발 프레임워크 • 컴파일러, 디버거, 모바일 환경에 적합한 각종 시뮬레이터, 실시간 모니터, 이동 모니터 등