ARM을 활용한 임베디드 시스템 설계 1 - 개요

임베디드 시스템

- 특정 용도에 최적화 된 컴퓨터 시스템

- 전기/전자 회로 + 마이크로 프로세서

 

임베디드 시스템 특징

- 성능 및 자원에 높은 효율 > 범용 시스템

- 저비용, 고성능 > 전용 하드웨어/범용 시스템

 

임베디드 장점

- 하드웨어로 속도 향상

- 소프트웨어로 유연 -> 기능 블럭들 구현, 변경, 수정 용이 -> 개발 단축, 비용 절약

- 처리 작업이 큰건 하드웨어로 구현 -> 시간 절약, 성능 향상

 

임베디드 단점

- 하드웨어/소프트웨어 혼재 -> 에러 소재 파악 힘듬 ->디버깅힘듬

- 설계 공간 확대 -> 다양한 설계가능 -> 최적 설계 예측 힘듬

- 하드웨어/소프트웨어 공조 설계가 가능한 전문 인력 부족

 

임베디드 시스템 구조

- 하드웨어 : CPU, 메모리, 입출력

- 소프트웨어 : 응용 소프트웨어, 라이브러리, 운영체제

임베디드 시스템 구조

임베디드와 범용 컴퓨터 차이

- 동일한 구성 <-> 목적에 따라 최적화

- 동일한 범용 cpu 사용 하나 사용 목적에 따라 설계 구조 변경

* 간단한 시스템은 소프트웨어 만으로 구현 가능

 

응용 분야

- 가전/개인단말 장비

- 사무 자동화 장비

- 공장 자동화 장비

- 네트워크 장비

- 군/항공우주/운송 장비

 

 

설계 특성

 

1. 설계 목표

- 고성능/ 실시간 처리/ 최적화/ 유연성/ 신뢰 및 안정성 보장/ 소비 전력 최소/ 경쟁력 / 환경 친화

 

2. 고려 요소

초기 단계

- 프로세서 : 고성능, 저가

- 운영체제 : 실시간 os/비실시간os/ 순차형 프로그램, 메모리 사용량  + 정책

설계 중 항상 고려

- HW 자원 활용도 향상 : 최소한 자원, 최적화 코딩 요구

- 시스템 유연성 확보 : 업그레이드 기능 확장 고려, hw/sw 설계 필요

- 신뢰/보안 향상 : 불법적 접근 방지 -> 리버스 엔지니어링 방지

 

3. 구현 방법

- HW-SW 공조설계 방식

- HW 구현 방법 

 1. 범용 컴퓨터 사용 -> SW만으로 구현 (os없이 펌웨어만으로도 구현 가능)

 2. 전용 CPU 보드 설계 + ASSP( 표준화 입출력 디바이스) + 전용 IC 개발)

  - 설계 겅험, 비용 시간 큼 -> 최고 성능

 3. SoC + ASSP

  - SoC 안에 CPU와 ASIC을 구현할 수 있는 프로그래머블 디바이스

  - 신뢰성 큼, 소비전력 적으나 설게비용 증가 

  - SoC에 포함할수없는 부분은 외부에 별도 ASSP 추가

 

SW 구현 방법

 1. 펌웨어 기반

  - 하드웨어 관리 간단

  - 프로그램이 동시 여러 작업 안함

  - 순차적 실행시 OS 없이 간단한 프로그램으로 완성

 2. 운영체제 기반

  - 하드웨어 자원 관리 복잡

  - 멀티태스킹 필요 한 경우

 

HW-SW 공조 설계

  -임베디드 시스템 -> 기능 블록별로 분리 -> 하드웨어 or 소프트웨어

  - 실행 속도, 메모리, 전력, 등 고려하여 구현방법 결정

 - 하드웨어 : 이미 판매하는 ASSP 사서쓰거나, 없으면 ASIC 직접 구현

 - 프로그램 언어, 프로세서 컴파일러, 운영체제 특성과 디버깅 비용을 고려하여 최적화 프로그래밍 구현

 

운영체제로 개발

 - 설계 기능 복잡, 순차 방식 한계, 동시 실행 필요 시

 - 32비트급 프로세서로 임베디드 시스템 구현시 운영체제 사용

 - 직접 개발, 상용/공개 운영체제 사용 

 

SoC (system on chip)으로 구현

- 마이크로 프로세서, 메모리, 주변장치 등을 하나의 칩으로 구현 IC

- 단일 칩 임베디드 시스템

-> 성능 향상, 소비전력 감소, 외부 잡음 차단, 크기 축소

<-> 많은 설계경험과 비용, 시간이 요구, 디버깅 힘듬

 

4. 설계 공간

- 설계 사양에 맞는 설계들이 형성되는 공간 

- 비용 함수 : 각 설계 사례를 평가하는 방법 -> 평가요소 시스템크기, 성능, 소비전력 x 평가 요소 별 가중치 = 설계 비용

- 설계 공간 탐색 : 비용함수를 최소화 하는 최적 설계 찾아가는 과정

- 설계 사양 -> 설계(+설계 경험/ 능력) -> 설계 평가(비용함수) -> 최적(아닐 시 재 설계) -> 최적 설계 결과