학교수업/임베디드시스템

임베디드 시스템 소개

Ynghan 2023. 11. 1. 12:41

목차

1. 임베디드 시스템의 개요

2. 임베디드 시스템의 발전

3. 라즈베리 파이

4. 라즈베리 파이를 위한 주변 장치

1. 임베디드 시스템의 개요

  • 임베디드 시스템(Embedded System)이란?
    • 내장된 시스템 또는 내장형 시스템
    • 특정한 목적을 위해 설계된 시스템으로, 하드웨어와 소프트웨어가 결합된 전자 시스템
    • 특정한 기능을 수행할 수 있도록, 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러 등이 탑재되어 있으며, 해당 프로세서를 통해 주변 입출력 장치들을 제어함.
  • 임베디드 시스템의 특징
    • 특정한 기능을 수행
    • 한정된 자원 (저전력, 소형, 저렴한 가격 등)
    • 한정된 시스템 자원 (프로세서 성능, 메모리 등)
    • 안전성/신뢰성
    • 강건성
    • 낮은 호환성
    • 특정 응용에서는 실시간성 필요
  • 범용 시스템과 임베디드 시스템
  범용시스템 임베디드 시스템
집적 회로 일반적으로 여러 개가 사용됨 단일 집적회로로 구현 가능
하드웨어 성능 높음 낮음
운영체제 필요 펌웨어 또는 임베디드 OS, RTOS 등 목적에 따라 달라짐
크기 작음
가격 비쌈
예시 데스크탑, 서버, 스마트폰, 랩탑 등 가전기기, 미디어 장치, 엔터테인먼트 장치, 자동차, 로봇, 항공 관련 장치, 의료 기기 등
  • 실시간 시스템(Real-Time System)
    • 제한된 시간 내에 반드시 태스크를 수행해야하는 시스템
      • 예시
        • 항공 관련 시스템, 자동차 제어 시스템, 의료 보조기구(인공 심장) 등
    • 분류
      • 경성 실시간 시스템(Hard Real-Time System)
        • 할당된 한계 시간 내에 응답하지 못했을 경우 완전한 실패로 판정되는 시스템
        • 실패 시 치명적인 피해가 동반됨
        • 예시 : 원자력 발전소 제어, 항공기 제어, 인공위성 발사 제어 시스템
      • 연성 실시간 시스템(Soft Real-Time System)
        • 외부 이벤트에 대해 실시간성은 중요하나, 할당된 한계 시간 내에 응답하지 못하더라도 치명적인 문제가 발생하지 않는 시스템
        • 예시 : 생산 공정 내의 로봇 팔 제어 시스템

2. 임베디드 시스템의 발전

  • 사물 인터넷 (Internet of Things)
    • 4차 산업혁명의 핵심 기술 중 하나인 사물인터넷의 중요성이 부각
    • 의미
      • 사물에 센서와 프로세서를 장착하여 정보를 수집하고 제어·관리할 수 있도록 인터넷으로 연결되어 있는 시스템
      • 사물이 인터넷을 통해 연결되고, 네트워크를 통해 정보를 교환하는 모든 기기가 유기적으로 연결되는 시스템
  • 스마트폰으로 시작된 사물 인터넷의 발전
    • 2007년 아이폰을 시작으로 스마트패드, 스마트TV 등의 스마트 기기 개발로 이어짐.
    • 이러한 발전은 스마트 글래스, 스마트 워치 등 웨어러블 기기로 이어졌음.
    • 이외에도 안드로이드를 탑재한 스마트 가전 제품, 스마트 홈 관련 제품 등이 출시됨.
  • 오픈소스 하드웨어 플랫폼
    • 오픈소스의 역사는 운영체제의 역사와 함께함.
    • AT&T의 벨 연구소와 MIT가 1960년대 말에 멀틱스(Multics)를 개발함.
    • 1973년대 벨 연구소의 직원인 켄 톰슨, 데니스 리치가 멀틱스를 기반으로 Unix를 개발함.
    • Unix는 대학과 연구소 등에 연구/학습용으로 무료 배포함.
    • MIT 인공지능 연구소에서는 PDP-10에 탐재하기 위한 시분할 운영체제ITS를 개발하고 있었음.
    • MIT 인공지능 연구소 연구원인 리차드 스톨먼은 소스를 공개하지 못하도록 하는 분위기와 기술을 상업화하려는 조류에 반감을 갖고 새로운 시스템을 구상함.
      • GNU(GNU is Not Unix) 프로젝트를 진행
      • 유닉스와 호환되는 Free software 운영체제를 만들기 위한 프로젝트
    • GNU 프로젝트에서는 gcc (GNU C compiler)커널을 개발하고 있었음.
    • 한편, 1991년 핀란드의 대학생인 리누스 토발즈는 미닉스를 기반으로 하여 유닉스와 호환되는 리눅스를 개발함.
    • 스톨먼과 FSF(Free Software Foundation)는 리눅스GNU 시스템의 커널로 채택함.
    • gcc로 컴파일된 수많은 애플리케이션이 사용가능해짐.
    • 리눅스는 1990년대 서버 시장에 두각을 나타냄
    • 2000년대에 들어서면서 임베디드 분야로 진출함.
    • 2005년 이후로 모바일 분야로도 진출함.
      • 안드로이드, 리모, 모블린, 마에모, 미고, 타이젠 웹 OS 등
      • 삼성전자, LG전자, 구글의 스마트 TV에서도 기본 운영체제로 사용됨.
    • 오픈된 리눅스 커널을 이용한 수많은 프로젝트들이 발생됨.
      → 오픈 소스 하드웨어의 등장을 촉발함.
    • 초기의 임베디드 교육
      • 값비싼 임베디드 보드를 활용
      • 높은 진입 장벽
      • 회로 구성/납땜 등 전자공학의 전문 지식 필요
    • 오픈소스 하드웨어의 등장
      • 아두이노, 비글보드, 라즈베리파이, 구글 코랄, 앤디비아 젯슨, 임베드 등 다양한 오픈소스 하드웨어가 등장
      • 8비트 AVR 코어 기반인 아두이노와 ARM기반 코어를 사용하는 라즈베리 파이가 많이 사용되고 있음.
        • AVR, ARM : MCU(Micro Controller Unit)의 일종
          • MCU : 하나의 칩으로된 작은 컴퓨터 중 하나

3. 라즈베리 파이

  • 라즈베리 파이(Raspberry Pi)
    • 2012년 1월 영국의 라즈베리 파이 재단에 기초 컴퓨터 과학 교육을 목적으로 발표한 오픈 소스 하드웨어
    • 8비트 저전력/저성능 코어를 사용하는 아두이노에 비해 ARM 기반의 빠른 CPU와 대용량 메모리를 가지고 있음
    • SD 메모리 카드를 통해 외부 메모리 공간을 사용할 수 있음.
    • OpenGL ES(Open GL for Embedded Systems) 사용 가능함.
    • 고성능 하드웨어로 인해 리눅스 사용 가능함.
  • 라즈베리 파이의 하드웨어 특징
    • USB, GPIO(General Purpose Input/Output), 이더넷 포트, 무선 랜과 블루투스, 사운드 출력, HDMI(High-Definition Multimedia Interface) 포트 등을 지원함.
    • 키보드, 마우스, 디스플레이 등을 연결할 수 있어서 소형 PC 처럼 사용할 수 있음.