임베디드시스템의개요20120903

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-Embedded System

Embedded System

의

_의

개요

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-INDEX

• 임베디드 시스템

• 임베디드 시스템의 특징

• 임베디드 시스템의 분류

• 임베디드 시스템의 응용분야

• 임베디드 시스템과 OS

• 임베디드 리눅스의 특징

• 임베디드 시스템 개발 구조

• HBE-EMPOSII 구성

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-임베디드 시스템

• 임베디드 시스템이란 ?

– 무엇인가 “내장내장”된 시스템을 의미 – 미리 정해진 “특정한 기능특정한 기능”을 수행하기 위해 H/W 와 S/W 가 내장된 전자제어 시스템 – 단순 회로만으로 구성된 장치가 아닌 마이크로프로세서 (Micro Processor) 가 “내장”되어 있고 이것을 운용하여 제한된 기능을 수행 및 관리하는 프로그램이 포함된 시스템

• “ 컴퓨터 하드웨어와 소프트웨어가 조합되어 특정한 목적을 수행하는

시스템”

– H/W : 마이크로프로세서 / 컨트롤러 , 메모리 , 센서 , 구동기 등 – S/W : OSOS, 디바이스 드라이버 , 응용 프로그램 , 네트워크 응용 등

• 다양한 응용 분야에 적용

– 산업용 • 자동차 , 우주항공 , 군사 , 의료장비 , 공장 자동화 시스템 등 – 각종 가전 제품 • TV, 냉장고 , 세탁기 , 전자레인지 , VOIP Phone – 실생활에서 매우 다양하게 사용되고 있음 • “ 휴대폰”, “PDA”, 교통관리 시스템 , 현금지급기 (ATM), 자동판매기

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마이크로프로세서의 집적도 및 성능은 18~24 개월마다 2 배씩 증가된다.

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저장 매체의 발전추이

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-• Application-specific functionality

– 특정한 기능에 부합하는 최적화 설계

• 안전성 , 신뢰성요구

• 필요에 따라

_{필요에 따라}

Real-time Operation

지원

• Extreme Cost Sensitivity

– 대부분의 임베디드개발 업체는 다수의 장 비를 싸게 판매하는 방법채용 .

– cost_cost에 민감함 .

• 강한 제약성

– Size, memory, microprocessor power,

전력 , 실시간성 , etc. 저전력화 고신뢰성 멀티미디어 지원 네트워크 지원 경량화 최적화 마이크로 프로세서 멀티미디어 멀티미디어 메시징 메시징 무선인터넷 무선인터넷 무선 무선 게임게임 M-M- 커머스커머스 화상전화 화상전화

임베디드 시스템의 특징

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VOD VOD

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-임베디드 시스템의 특징

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• Real Time System 이란

– 주어진 입력 (event) 에 대해 정해진 시간 내에

정해진 시간 내에

행동할 수

없을 때 문제가 발생하는 시스템

– 실시간 운영체제를 사용하는 임베디드 시스템

– 외부자극에 대해 어떤 환경에서도 , 결과 산출에 걸리는 시

간을 지키는 적시성

적시성

(timeliness)

_(timeliness)

을 가지는 시스템

• 적시성이란 열악한 환경 하에서도 데드라인 (deadline)

이내에 논리적으로도 정확한 출력 값을 산출해 내는 것

.

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-임베디드 시스템의 분류

• Hard Real-Time 시스템

– 제어작업이 deadline 을 어기는 경우 시스템에 심각한

영향을 주는 time-critical

time-critical

속성

을 지닌 시스템

• 원자력 발전소 제어

• 화재 발생 검출시스템

• 항공기 , 우주 왕복선

• 자동차 등

• Soft Real-Time 시스템

– Deadline 을 어긴 단위 제어 작업이 시스템의 평균적

성능에 미미한 영향

미미한 영향

을 주는 시스템

• 컴퓨터

• PDA 등과 같은 정보기기

• 네트워크 관련기기 등

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-임베디드 시스템의 응용분야

• 정보가전 / 제어분야

• 정보기기 / 네트워크기기

• 게임기기

• 항공 / 군용

• 물류 / 금융 / 사무 / 의료

• _{유비쿼터스}

_{유비쿼터스}

_(Ubiquitous)

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-임베디드 시스템 응용분야

(Cont.)

• 정보가전

– 기술의 발전에 따라 일반 가전 제품에 다양한 기능이 요구됨 – 가정 내 네트워크 구성에 따른 원격 제어_{가정 내 네트워크 구성에 따른 원격 제어}, , 정보 수집 등이 가능해짐정보 수집 등이 가능해짐 – 홈 오토메이션_{홈 오토메이션}(Automation), (Automation), 홈 네트워킹과 함께 가정 자동화의 핵홈 네트워킹과 함께 가정 자동화의 핵 심 부분 심 부분 – 인터넷 냉장고 , HDTV, 인터넷 전자레인지 ,DVR, 세탁기 등 홈 네트워 크 홈 네트워 크 보일러 인터넷으로 제어 및 각종 운행 전자레인지 인터넷으로 요리정보 검색 및 다운로드 HDTV/ 인터넷 TV 인터넷 검색, 각종 기 능 설정 등 세탁기 인터넷으로 세탁기 제 어 및 각종 자동 실행 인터넷 냉장고 인터넷 냉장고 인터넷으로 제어 인터넷으로 제어, , 정정 보 검색 및 다운로드 보 검색 및 다운로드 캠코더 디지털 카메라, 네트 워크 연결, 다양한 기 능

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-• 가정자동화 : HA ( Home Automation )

– 집안의 모든 것들을 리모컨 혹은 원격으로 제어하는 것이 목표 – 현재는 리모컨이 아닌 웹 , 음성인식 등을 이용한 제어로 발전 중 – 모든 기기는 네트워크에 연결되고 각종 자동화 기능 및 기기별 특정 기능을 수행하기 위해 임베디드 시스템이 탑재되어 있음

임베디드 시스템 응용분야

(Cont.)

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• 공장자동화 : FA ( Factory Automation )

– 특정 기계나 장비를 통해 생산 과정을 자동적자동적으로 관리하는 시스템 – 센서와 제어 시스템 , 로봇 등으로 구성하여 무인시스템무인시스템을 구축 – 공장 자동화 및 로봇은 실시간 시스템과 임베디드 시스템 발전의 원동력 – 생산성증대 , 인건비감소 , 오류감소오류감소 , 품질의 균일화품질의 균일화 , 생산기간단축

임베디드 시스템 응용분야

(Cont.)

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-• 정보 단말

– 단순한 통화 중심의 이동 전화기에서 각종 정보검색 , 오락 , 멀티미디어 메시지 등의 복합 기능이 수행되는 디지털 정보단말기기로 발전 – 단말기기 각각의 기능에 맞는 마이크로프로세서 , 메모리 , 운영체제 , 응 용 프로그램 등으로 구성 – 다양한 단말기 기능이 하나의 기기로 통합될 것으로 예상됨 – 휴대폰 , PDA, 스마트 폰 , MP3 Player, 게임기기 등

임베디드 시스템 응용분야

(Cont.)

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21年 5月 1 14 -NASA Pathfinder (mission to MAR 1997)

• 항공 / 군용

– 항공기 • 보통 수 백 개의 프로세서 탑재 – 우주왕복선 • Pathfinder - 실시간 운영체제인 VxWorks 가 탑재된 것으로 유명 • 대표적인 실시간 시스템의 하나 • 영상처리 , 통신 등 모든 처리기능을 복합적으로 가짐

임베디드 시스템 응용분야

(Cont.)

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21年 5月 1

1日 15

-• 교통

– 자동차의 엔진 및 각종 제어 시스템 , 무인 자동화 시스템

– 지능형 교통시스템 (ITS : Intelligent Transport Systems) 등

• 지능형 장난감

– 단순한 장난감의 형태에서 지능성을 갖는 형태로 변화

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21年 5月 1 16

-• 게임기

– 고성능 프로세서 탑재 – 마이크로소프트의 Xbox – 소니의 PlayStation 3 – 닌텐도 GameBoy Advance • 32-Bit ARM 프로세서 • 2.9 인치 TFT 스크린 • 32,768 색상을 지원하는 휴대형휴대형 게임 장치 – 닌텐도 Wii

임베디드 시스템 응용분야

(Cont.)

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-• 물류 / 금융

– 물류 : POS(Point Of Sale) 단말기 – 금융 : 자동 현금 입출금기 혹은 ATM 단말기

• 사무용기기 / 의료

– 프린터 , 스캐너 , 팩스 , 복사기 , 기능통합 복합기 등

임베디드 시스템 응용분야

(Cont.)

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21年 5月 1 18

-• 통신기기

– 라우터 (Router), 공유기 등의 유무선 데이터 통신 장비 – 세탑박스 (Set-Top Box)

임베디드 시스템 응용분야

(Cont.)

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-새로운 임베디드 시대의 가능성

메인프레임 서버 PDA CS Web Computing ? Smart Home Smart Home Things that Think Things that Think Wearable Computers Wearable Computers PC 인터넷 냉장고 노트북 _{디지털 TV} 정보가전 휴대전화 Internet Car 전자페이퍼 셋탑박스 비디오게임 다목적프린터 모바일 캠코더 1대 컴퓨터 : 다수 (Server-to-Client) 1대 컴퓨터 : 다수 (Server-to-Client) 1대 컴퓨터 : 1 인 1대 컴퓨터 : 1 인 다수 컴퓨터 : 1 인 다수 컴퓨터 : 1 인 사람 + 컴퓨터 + 사물 (Things to Things) 사람 + 컴퓨터 + 사물 (Things to Things) Ubiquitous Networking ~ 1980 ~ 1980 ~ 2000 ~ 2000 ~ 2010 ~ 2010 ~ 2020 ~ 2020

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21年 5月 1 20

-임베디드 시스템과

OS

• 임베디드 시스템과 OS 의 필요성

– 시스템의 규모가 커짐

시스템의 규모가 커짐

- Multitasking, Network, Multimedia, GUI 등을

요구하는 시스템이 많아짐

- 임베디드 시스템이 해야할 일이 많아지고 복잡해짐

- 빠른 개발과 유지 보수의 필요성

- 새로운 요구 상황에 맞게 프로그램을 수정 , 다운로드 하여 업그레

이드가 용이

(Network)

- 새롭게 생겨나는 서비스를 적시에 제공하기 위해

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1日 21

-임베디드 시스템과

OS(Cont.)

• Real Time OS (Hard Real-Time)

–

VxWorks

_VxWorks

– pSOS

– VRTX

• 일반 임베디드 OS (Soft Real-Time)

– Embedded Linux

Embedded Linux

– Windows CE

Windows CE

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21年 5月 1 22

-기존 상용 임베디드

OS 의 단점

• 크기가 너무 크고 커널의 재구성이 비교적 용이하지 않다

용이하지 않다

.

– 다양한 시스템을 구성하기 힘들다 .

– 이동형 장비의 자원 한계의 벽에 이루기가 쉽다 .

– 초기 구입비와 사용료 ( 로열티 ) 가 너무 비싸다

비싸다

.

• 대중화 , 상용화에 걸림돌이 될 수 있다 .

• 커널이 오픈 소스가 아니다 .

– 개발자도 한 사람의 사용자임

– OS 에 대한 기술이 축적이 불가능

• 일반인에게 잘 알려져 있지 않다 .

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21年 5月 1 1日 23

-임베디드 리눅스의 특징

• 임베디드 리눅스란

–

저성능의 프로세서와 소용량의 메모리

_{저성능의 프로세서와 소용량의 메모리}

를 가진 임베디드 시스템용으

로 개발된 , 필요에 따라 간소화된 리눅스

• 임베디드 리눅스의 특징

– 리눅스 자체의 크기와 기능을 최소화 경량화

최소화 경량화

– 목표로 하는 시스템에 맞게 쉽게 재구성이 가능하다 .

• Open SourceOpen Source

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21年 5月 1 24

-임베디드 리눅스의 특징

(Cont.)

• 리눅스는 오랜 기간 개발되었으며 많은 사람이 사용한다 . – 1991 년 핀란드 헬싱키 대학의 리누스 토발즈에 의해 시작 • 수없이 검증이 되었고, 안정적이며 다양한 기능을 수용 할 수 있다 . – 전세계 서버 시장의 상당수가 리눅스를 사용하고 있으며 현재도 증가 추세. • Open source, Open architectureOpen source, Open architecture이다이다..

– 전세계 수많은 개발자에 의하여 발전되며 빠른 속도로 문제점을 해결 가능 – 개발자의 필요에 의하여 변경 가능하며 문제점을 직접 해결 가능 – 많은 양의 정보와 자료가 커뮤니티, 메일링 리스트 , 뉴스그룹 등을 통해 공유 • 소규모 모듈단위로 설계되어 있다 . – 구조 변경 및 재구성이 용이하다. • Real Time 운영을 지원한다. – 상용 OS 에 열세였던 Real Time 성을 확보 하여 다양한 분야에 적용 가능하다 . • Kernel 2.6 에서 지원 • 현재 Kernel 버전 2.6.4 의 안정 버전

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-임베디드 시스템 개발 구조

• 임베디드 시스템의 개발은 크게 3 가지의 독립된 분

야가 유기적으로 결합되어 있다

.

임베디드 시스템 개발 OS 개발 또는 포팅 디바이스 드라이버 개발 임베디드 소프트웨어 개발 하드웨어 개발

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-임베디드

S/W 개발 환경

• 일반적인 임베디드 S/W 개발 환경 구성

HOST

G U I Development Tools Simulation Environment Ta rg e t S e rv e r

TARGET

D e b u g A g e n t Embeded Application Core OS Kernel LibrarySub-system Jtag Serial LAN

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1日 27

-호스트 컴퓨터의 기본 프로그램들

• Cross Compiler ToolChain

– 호스트 컴퓨터와 타겟 보드 (EMPOSII) 에서 사용하는 프로세서가 다를 때 타겟 보드에 실행될 수 있도록 프로그램을 컴파일해주는 툴체인

• Jtag 프로그램

– 호스트 컴퓨터에서 타겟 보드의 Flash ROM 에 프로그램을 다운로딩하 는 프로그램 ( 퓨징 )

• Terminal 프로그램

– 타겟 보드에서 일어나는 진행 상황을 호스트 컴퓨터에서 볼 수 있도록 모 니터링 할 수 있는 통신 프로그램 . – minicom (Linux) – HyperTerminal (MS-Windows)

• bootp, tftp, nfs service

– 호스트 컴퓨터와 타겟 보드 사이의 통신을 원할 하게 해주는 응용 프로그 램

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21年 5月 1 28

-타겟 보드의 기본 프로그램들

• Bootloader

_Bootloader

– 타겟 보드 부팅시 하드웨어를 초기화하고 , 커널을 램에 올린 후 실행권 한을 커널로 전달하는 프로그램

• Linux Kernel

– 타겟 보드의 시스템 구동에 필요한 환경을 만들고 타겟 보드 상에서 수행 되는 자원 및 프로그램을 관리하는 소프트웨어이다 .

• File System

– 파일 시스템은 파일을 디스크나 기타 미디어에 저장하는 방식과 그에 연 관된 연산 (Operation) 및 자료 구조를 포괄적으로 포함한다 .

• Device Driver

– 주변 하드웨어 (LED, LCD, sound 등 ) 를 제어하기 위한 프로그램이 다.

• Application

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-HBE-EMPOSII 의 구성

1. Touch-screen panel controller

2. TFT-LCD(6.4” Touch Screen) 3. Text LCD(2line x 20 Char.) 4. 7seg (4digit)

5. LED(8EA)

6. Push Button Switch 7. SD or MMC Slot 8. EEPROM

9. Expansion Port

10.Ethernet Network I/F 2

11.Ethernet Network I/F 1

12.USB I/F (Client port 제공 ) 13.RTC

14.CPU(Intel Xscale PXA255)

15.Reset Switch 16.VDD Fault Button

17.GPIO Led(GPIO 출력테스트 ) 18.Batt. Fault Button

19.GPIO Button(GPIO 입력테스트 ) 20.Mouse Controller

21.PS2 Keyboard Controller

22.Full UART 1 port

23.Bluetooth UART 1port 24.Irda transceiver 1port

25.64Mbyte SDRAM

26.32Mbyte Flash memory 27.Jtag port

28.Audio Codec 29.PCMCIA slot

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