Microsoft PowerPoint - 소개_Embedded system programming_29p.ppt [호환 모드]

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영철 하
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1 Embedded system & SOC Introductions Jaehee You

2 시스템온칩 (System-on-a-chip) 이란무엇인가? SoC(System-on-a-chip) on 의정의 SoC는일정량이상의복잡도를가지는다수의칩의기능을하나의칩으로구현하는것을말한다. ( SoC is a complex IC that integrates the major functional elements of a complete end-product into a single chip or chipset. ) SoC 는일반적으로다음과같은구성요소를포괄한다. 연산처리장치 (Programmable processor) 내장메모리 (On-chip memory) 하드웨어로구현된기능블록 (Accelerating functional units implemented in hardware) 주변장치 (Peripheral devices) 아날로그소자 (Analog components) MEMS (Micro-electro mechanical system) 소자

3 SoC의구성요소와그구조

4 SoC의구성요소와그구조

5 Embedded System을위한 SoC 구현방안 Embedded system이란큰시스템안에서주어진특정한기능을수행하기위해서삽입된 subsystem 으로서, 소프트웨어와하드웨어를동시에요구하며, 주로 SoC 의형태로제작된다. Embedded system을쓰는경우에 embedded core가들어갈시스템에최적으로설계를해야하기때문에많은설계비용이들지만범용 processor보다성능이우수하고, 일단디자인을하면양산을하기쉽기때문에원가도줄일수있는이점이있다. 하지만 target 시스템을모델링해서시뮬레이션하기힘들뿐아니라디버깅할수있는환경이열악하며 TTM (Time-to-market) 이짧기때문에하드웨어와소프트웨어간의동시작업과설계가요구된다. Embedded system은기본적으로전기적인장치로만들어지며 ASIC을이용한칩으로구현되어야크기도줄일수있고동작속도도높일수있다. 그러나삽입되어야할시스템의복잡도가높아지면서 TTM이점차줄어들고시장의변화주기가짧아짐에따라서시스템의개발속도가시장의변화속도를따라가지못하는현상이벌어지고있다. 이를극복하기위해서제안된것이바로 SoC 의개념이다. SoC를이용함에따라서의료 / 건강 / 복지, smart home, intelligent building, 자동차, 군수시장에서도 SoC의엄청난기능 / 가격비, 성능 / 전력비는새응용을열고있다. 또한우리나라의입장에서는메모리로만치중해있는산업에시스템산업이발전할수있는새로운물결로볼수도있을것이다

6 SoC의특징 SoC 는주어진시스템기능을하나의칩으로만들기위해서신호도메인, 제조공정이다른여러기능블록들을집적해놓은 IC. 일반적인 SoC 에는 embedded microprocessor, 메모리, 외부시스템과의연결을위한주변장치, accelerating function block 과 data transformation block 등의디지털블록은물론, 아날로그, RF, MEMS, 블록등이포함될수있다. 구현하려는시스템의성능 ( 속도, 전력소모량 ) 과생산단가를고려하여 SoC가유리한가 MCM (Multi-Chip Module), 혹은 SIP (System-In-a-Package) 가유리한가를결정하게된다. SoC 는여러다른반도체공정을포함하느라마스크제작비및공정비용이상승하지만, 대량생산의경우나성능요구가 critical 한경우에채택되는방식이라볼수있다.

7 SoC와기존의 ASIC 과의차이점 기존의 ASIC 과 SoC 는실리콘위에서 IC 를만든다는개념은기본적으로똑같다차이가난다면설계의패러다임이다르다고해야할것이다. SoC와ASIC의다른점은크게네가지를들수있다. SoC 의경우구현하고자하는대상이시스템이다. IP 사용, 혹은설계재사용이중요한역할을한다는점이다. 설계및검증방법론의변화를들수있다. SoC 와 ASIC 과의차이점은소프트웨어의존재이다.

8 임베디드시스템시장현황및전망 2002 년임베디드시스템세계시장 약 1,000 억달러규모 임베디드 S/W 분야 : 약 200 억달러규모 매년평균 20% 의성장률 2007 년약 500 억달러수준으로성장전망 (RCW Mirus, 2001) 2002 년국내시장규모 약 7 천 8 백억원규모 2007 년 1 조 9 천 5 백억원규모로성장 Location based Service

9 임베디드시스템시장현황및전망 소프트웨어시장 제 1 강자는없다 가장각축전이치열한분야는임베디드운영체제 (OS) PC 시장과같이특정 OS 가시장을독점하지못하고있음 적용제품의종류, 규모에따라여러종류의상용및비상용제품다양 임베디드 OS 및플랫폼, 애플리케이션시장을놓고불꽃튀는경쟁 VxWorks 를비롯한 RTOS 윈도 CE, 임베디드리눅스, 썬의 Java, 일본의 Tron

10 임베디드시스템 - 산업의특성 고부가가치산업 임베디드시스템형태의상품가치는하드웨어보다소프트웨어가좌우하는기술집약적고부가가치산업임 통신라우터의경우, 하드웨어원가가수십만원에불과하나각종통신및제어소프트웨어가엠베디드화되면최종가격이수백만원으로상승함 하드웨어강자가절대적으로유리 우리나라의기술우위산업분야와임베디드소프트웨어기술을접목할경우국가산업발전의새로운대안으로부각가능 정보가전 ( 디지털가전 ), 이동전화, 전자자동차등에강점이있음

11 A real-time operating system (RTOS) is a multitasking operating system intended for real-time applications. An RTOS does not necessarily have high throughput; rather, an RTOS provides facilities which, guarantee deadlines can be met generally (soft real-time) or deterministically (hard real-time). An RTOS will typically use specialized scheduling algorithms in order to provide the real-time developer with the tools necessary to produce deterministic behavior in the final system. An RTOS is valued more for how quickly and/or predictably it can respond to a particular event than for the given amount of work it can perform over time. Key factors in an RTOS are therefore a minimal interrupt latency and a minimal thread switching latency. 임베디드시스템국외기술동향 미국 프로세서, OS, 프로토콜등전분야를점유 미국은군사 / 과학용임베디드 S/W를 21세기핵심분야로선정하고매년 4 천억달러이상을연구개발에투자 유럽 개발도구, 브라우저등의일부업체가존재 군사 / 교통용임베디드 S/W에 '99년부터 7년간 3조8천억을투자 일본 총무성주도로 Ubiquitous 네트워크개발을추진중 84년부터 TRON 협회에서표준임베디드 OS를개발 ; 일본내가전제품에적용중 임베디드 OS: Real-time Operating System 중심 MS의 WinCE 및임베디드리눅스진입시작 미들웨어, 각종서비스를포괄하는플랫폼기술이중요하게대두 * Middleware: Software that serves as an intermediary between systems software and an application

12 임베디드시스템응용분야 Point of sale or point of service (POS or PoS) can mean a retail shop, a checkout counter in a shop, or the location where a transaction occurs EPS: Electronic Point of sale or point of service (POS or PoS) 활용분야 적용예 정보가전정보단말통신장비항공 / 군용물류 / 금융차량 / 교통사무산업 / 제어의료게임 Digital TV, 인터넷냉장고휴대폰, PDA, 무전기, ebook 교환기, 기지국제어기비행기, 군용전자통신장비, 전자제어무기 POS단말기 (Magnetic stripe), ATM단말기엔진제어, 네비게이션, ITS (Intelligent Transportation System) 제어기전화기, 프린터, 팩스, 스캐너, 복합기산업용로봇, 공장제어, Factory Automation 심전도측정기, 생명유지장치, 자세제어기아케이드게임기, 콘솔게임기, 게임보이

임베디드 -정보가전 정보가전 기술의발전에따라일반가전제품에다양한기능이요구됨 다양한기능의처리를위한가전제품전용임베디드시스템적용 가정내네트웍구성에따른원격제어, 정보수집등이가능해짐 홈오토메이션, 홈네트워킹과함께가정자동화의핵심부분 인터넷냉장고, HDTV,

13 임베디드 -정보가전 정보가전 기술의발전에따라일반가전제품에다양한기능이요구됨 다양한기능의처리를위한가전제품전용임베디드시스템적용 가정내네트웍구성에따른원격제어, 정보수집등이가능해짐 홈오토메이션, 홈네트워킹과함께가정자동화의핵심부분 인터넷냉장고, HDTV, 인터넷전자레인지,DVR, 세탁기등 HDTV/ 인터넷 TV 인터넷검색, 각종기능설정등 세탁기인터넷으로세탁기제어및각종자동실행인터넷냉장고인터넷으로제어, 정보검색및다운로드 홈네트워크 전자레인지인터넷으로요리정보검색및다운로드 보일러인터넷으로제어및각종운행 캠코더디지털카메라, 네트워크연결, 다양한기능

14 임베디드 -정보가전 (2) 디지털 TV 인터넷냉장고 인터넷세탁기 전자레인지

임베디드 - 가정자동화 가정자동화 : HA ( Home Automation ) 집안의모든것들을리모컨혹은원격으로제어하는것이목표 현재는리모컨이아닌웹패드, 음성인식등을이용한제어로발전중임 모든기기는네트워크에연결되고각종자동화기능및기기별특정기능을수행하기위해 임베디드시스템이탑재되어있음 (Universal Plug and Play) A family of

Technology allows a user to interact with the Internet through voice- recognition technology.

Using VXML, the user interacts with voice browser by listening to audio output that is either pre-recorded or computersynthesized and submitting audio input through the user's natural speaking voice

15 임베디드 - 가정자동화 가정자동화 : HA ( Home Automation ) 집안의모든것들을리모컨혹은원격으로제어하는것이목표 현재는리모컨이아닌웹패드, 음성인식등을이용한제어로발전중임 모든기기는네트워크에연결되고각종자동화기능및기기별특정기능을수행하기위해 임베디드시스템이탑재되어있음 (Universal Plug and Play) A family of protocols from the UPnP Forum ( for automatically configuring devices, discovering services and providing peer-to-peer data transfer over an IP network. Technology allows a user to interact with the Internet through voice- recognition technology. Instead of a traditional browser that relies on a combination of HTML and keyboard and mouse, VXML relies on a voice browser and/or the telephone. Using VXML, the user interacts with voice browser by listening to audio output that is either pre-recorded or computersynthesized and submitting audio input through the user's natural speaking voice or through a keypad, such as a telephone. * A markup language combines text and extra information about the text. The extra information, for example about the text's structure or presentation, is expressed using markup, which is intermingled with the primary text. The bestknown markup language in modern use is HTML (HyperText Markup Language), one of the foundations of the World Wide Web VXML: Voice Extensible Markup Language

16 임베디드 - 공장자동화 공장자동화 : FA ( Factory Automation ) 특정기계나장비를통해생산과정을자동적으로관리하는시스템 센서와제어시스템, 로봇등으로구성하여무인시스템을구축 공장자동화및로봇은실시간시스템과임베디드시스템발전의원동력 생산성증대 : 인건비감소, 오류감소, 품질의균일화, 생산기간단축 로봇, conveyor belt

17 임베디드 -정보단말기기 정보단말기기 단순한통화중심의이동전화기에서각종정보검색, 오락, 메시징등의복합기능이수행되는디지털정보단말기기로발전 단말기기각각의기능에맞는마이크로프로세서, 메모리, 운영체제, 응용프로그램등으로구성 앞으로는다양한단말기기가하나의기기로통합될것으로예상됨 핸드폰, PDA, 스마트폰, MP3 플레이어, 게임기기등

18 임베디드 우주 / 항공 항공기 보통수백개의프로세서탑재 우주왕복선 Pathfinder - 실시간운영체제인 VxWorks 가탑재된것으로유명 대표적인실시간시스템의하나 영상처리, 통신등모든처리기능을복합적으로가짐

19 임베디드 교통 / 지능형장난감 교통 자동차의엔진및각종제어시스템, 무인자동화시스템 지능형교통시스템 (ITS : Intelligent Transport Systems) 등 지능형장난감 단순한장난감의형태에서지능성을갖는형태로변화

20 임베디드 - 게임기 고성능프로세서탑재 마이크로소프트의 XBOX 소니의 playstation 2 닌텐도게임보이어드벤스 (Nintendo gameboy advance) 32-Bit ARM 프로세서 2.9 인치 TFT 스크린 색상을지원하는휴대형게임장 32,768 색상을지원하는휴대형게임장치

21 임베디드 - 물류 / 금융 / 사무용기기 물류 / 금융 물류 : POS 단말기 금융 : 자동현금입출금기혹은 ATM 단말기 사무용기기 프린터, 스캐너, 팩스, 복사기, 이들의기능을하나로모은복합기등

22 임베디드 - 통신기기 PBX functions 디지털교환기, PABX (private automatic branch Call park Call pick-up Call transfer Call waiting exchange) 등의음성서비스통신기기 Camp-on Conference call Custom greetings 라우터, 게이트웨이, 공유기등유무선데이터통신장비 Busy Override Direct Inward Dialing Set-top top box Functionally, the PBX performs four main call processing duties: Establishing connections (circuits) between the telephone sets of two users (e.g. mapping a dialled number to a physical phone, ensuring the phone isn't already busy) Maintaining i i such connections as long as the users require them (i.e. channelling voice signals between the users) Disconnecting those connections as per the user's requirement Providing information for accounting purposes (e.g. metering calls) In addition to these basic functions, PBXs offer many other calling features and capabilities, with different manufacturers providing different features in an effort to differentiate their products. Common capabilities include (manufacturers may have a different name for each capability): Auto attendant Auto dialing Automatic call distributor Automated directory services (where callers can be routed to a given employee by keying or speaking the letters of the employee's name) Automatic ring back Call accounting Call forwarding on busy or absence Customised Abbreviated dialing (Speed Dialing) Direct Inward System Access (DISA) (the ability to access internal features from an outside telephone line) Do not disturb (DND) Follow-me, also known as find-me: Determines the routing of incoming calls. The exchange is configured with a list of numbers for a person. When a call is received for that person, the exchange routes it to each number on the list in turn until either the call is answered or the list is exhausted (at which point the call may be routed to a voice mail system).

임베디드시스템의향후전망 - H/W 프로세서 대부분의프로세서가임베디드시스템용으로사용

고성능의파이프라인, DSP, 자바처리전용 H/W 추가 많은종류의마이크로프로세서 /

23 임베디드시스템의향후전망 - H/W 프로세서 대부분의프로세서가임베디드시스템용으로사용 데이터처리용량증가 : 32 비트코어 => 64 비트코어로발전. 고성능의파이프라인, DSP, 자바처리전용 H/W 추가 많은종류의마이크로프로세서 / 컨트롤러들중에서응용에최적인제품을찾아내는것이설계에서매우어렵고중요한작업 Where Has CS Focused? CS: Communication Service 200M per Year Interactive Computers Servers, etc. Direct 2% Robots Vehicles 6% 12% 8.5B Parts per Year Where Are the Processors? In Vehicles In Robots Embedded Source: DARPA/Intel (Tennenhouse)

24 임베디드시스템의향후전망 - H/W 메모리 고속 / 대용량화 FLASH 메모리의사용증가. 네트워크 유 무선네트워크의대역폭의계속적인증가. 정보기기를통해어디서나다른정보시스템에접근가능한액세스네트웍구축이핵심기술 Wireless LAN, Bluetooth, ZigBee 등

임베디드시스템의향후전망 - H/W SOC (System-on-a-chip) CPU, 메모리, DSP, I/O 등을하나의칩으로만드는기술 CPU칩, 메모리칩, 주변장치칩들을따로사용하여설계 각칩에해당되는회로를각각의 IP(Intellectual Property 또는지적재산권 ) 로확보해서한개의칩으로설계 수백만게이트급의칩 Post-PC

25 임베디드시스템의향후전망 - H/W SOC (System-on-a-chip) CPU, 메모리, DSP, I/O 등을하나의칩으로만드는기술 CPU칩, 메모리칩, 주변장치칩들을따로사용하여설계 각칩에해당되는회로를각각의 IP(Intellectual Property 또는지적재산권 ) 로확보해서한개의칩으로설계 수백만게이트급의칩 Post-PC 시대의하드웨어기술의핵심 고성능, 저전력, 저가격, 안정성, 내구성, 혁신적디자인등이가능 MEMORY MEMORY CPU HDTV Channel EQ. HDTV Channel Decoder MPEG2 TS VIDEO Decoder FORMAT Converter OSGM OSGM: On Screen graphic Processor and Mixer

26 임베디드시스템의향후전망 - OS 실시간시스템에서의운영체제 간단하고단순한순차적인작업에관련 순차적인프로그램으로충분하였음 8bit, 16bit 마이크로프로세서및마이크로컨트롤러사용 임베디드시스템에서의운영체제 시스템자체가실시간시스템에비해대형화 32bit RISC 마이크로프로세서사용, 네트워크연결, GUI 환경이강화됨 기능이많아지고복잡해짐 순차적인프로그램작성이불가능 운영체제가도입됨 임베디드운영체제 기존의상용 RTOS(Real-Time OS) 윈도우 CE 임베디드 Linux 임베디드 JAVA

27 임베디드시스템의향후전망 - OS 임베디드시스템은초기에산업및군수용장비의제어를위해 VxWorks, psos, VRTX 등 RTOS가세계시장을선점 VxWorks, psos와같은전용실시간 OS는 2001년을기점으로점차시장점유율이하락하고있음 (IDC, 2001) 현재임베디드시스템의다기능화추세로 MS의 WinCE와공개소스기반의임베디드리눅스중심으로재편중 2002년 PDA에서는 PalmOS가선두이나 2005년에 MS사의 WinCE가이를추월 임베디드리눅스는 2003 년 14%, 2010 년 50% 시장점유예측 (VDC, 2001)

28 임베디드시스템전망 Smart Citizen SmarTown Smart Home 서버클라이언트통신망서비스유형 홈서버정보가전홈네트워크 퍼스널서버웨어러블단말 Personal Area Network 웹서비스서버임베디드시스템 Ubiquitous Network 홈서비스모바일서비스유비쿼터스서비스 정보통신시스템, 단말기, 자동제어시스템에수요증가에따른임베디드시스템수요급증 유비쿼터스컴퓨팅으로의패러다임변화가능성에따른빅뱅????

새로운시대의가능성 - 임베디드 메인프레임 서버 CS 1 대컴퓨터 : 다수

사물캠코더인터넷 (Things to Things) 다목적프린터냉장고 PC

29 새로운시대의가능성 - 임베디드 메인프레임 서버 CS 1 대컴퓨터 : 다수 (Server-to-Client) Internet Car Smart Home Things that Think PDA Exotic 휴대전화 Networking 정보가전 Wearable 노트북 Ubiquitous 디지털 Computers Networking TV Web 셋탑박스전자페이퍼 Computing 모바일비디오게임사람 + 컴퓨터 + 사물캠코더인터넷 (Things to Things) 다목적프린터냉장고 PC 다수컴퓨터 : 1인 1 대컴퓨터 : 1 인 ~ 1980 ~ 2000 ~ 2010 ~ 2020

임베디드시스템설계강의자료 1 (2014 년도 1 학기 ) 김영진 아주대학교전자공학과

임베디드시스템설계강의자료 1 (2014 년도 1 학기 ) 김영진 아주대학교전자공학과 Outline General-Purpose Systems Embedded Systems Embedded System Design Flow Embedded Processors Applications - 2 - Young-Jin Kim General-Purpose (GP) Computer