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Hanbat National University Prof. Lee Jaeheung1

임베디드 시스템 소개


목차?임베디드 시스템 개요

?임베디드 시스템 시장 현황 및 전망

?임베디드 시스템 동향

?실시간 임베디드 시스템

?임베디드 시스템 H/W

?임베디드 시스템 S/W

?임베디드 시스템 활용 분야

?임베디드 시스템 향후 전망?임베디드용 H/W의 구조 및 특징

?임베디드 시스템 실습 환경


임베디드 시스템 개요? 임베디드 시스템

– 정의 : 마이크로프로세서 혹은 마이크로컨트롤러를 내장하여(embedded) 원래 제작자가 지정한 기능만을 수행하는 장치?만일 한 시스템에서 사용자가 프로그램을 바꿔가면서 그에 따라 여러

가지 기능들을 수행할 수 있다면 그 시스템은 대부분의 사람들이 임베디드 시스템이라고 분류하지 않는다.

? Example) PC is NOT an embedded system.

? 구성 :– 임베디드 H/W : 프로세서/컨트롤러, 메모리, I/O, 네트워크

– 임베디드 S/W : 커널, 시스템 S/W, 응용 S/W

? 응용분야 :– 정보가전, 정보단말, 통신장비, 항공/군용, 물류/금융, 차량/교통,

사무, 산업/제어, 의료, 게임


임베디드 시스템 시장현황 및 전망? 2002년 임베디드 시스템 세계시장

– 약 1,000억 달러 규모

– 임베디드S/W 분야 : 약 200억 달러 규모

– 매년 평균 20%의 성장률

– 2007년 약 500억 달러 수준으로 성장 전망(RCW Mirus, 2001)

? 2002년 국내 시장규모

– 약7천8백억원 규모

? 2007년

– 1조 9천5백억원 규모로 성장 전망 (정보통신연구진흥원, 2002)


임베디드 시스템 동향? 미국

– 프로세서, OS, 프로토콜 등 전 분야를 점유– 미국은 군사/과학용 임베디드 S/W를 21세기 핵심 분야로 선정하고 매년 4

천억 달러 이상을 연구개발에 투자

? 유럽– 개발도구, 브라우저 등의 일부 업체가 존재– 군사/교통용 임베디드 S/W에 '99년부터 7년간 3조8천억을 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


실시간 임베디드 시스템 필요성? Must provide correct results at required time deadline

– For examples

?Security system that checks ID badges

?Robot that welds sheet metal

?Automated teller machine

? Types

– Hard real-time systems

– Soft real-time systems

? Most of control system is real-time embedded systems


? An embedded system is implemented by hardware function itself, but not SW, to ensure real-time response

? Embedded software must work with hardware, so it should have real-time characteristics - real-time software

? How to implement real-time applications

– Using hardware functionality

– Interrupt mechanism of microprocessor?Polling is slow

– Simple single-processing program loop

– Complex multiprocessing program based on RTOS

? Designing real-time embedded systems is different


실시간 임베디드 시스템? Increasing design complexity and size

– 16/32 bit microprocessor based mega-byte applications

– Increasing software content over 50 % of development costs

– More developers, team based development

? Usually multi-tasking implementation (and real-time)

? Off-the-shelf RTOS is widely used

? Using C language and network more and more

? Standardization requirement

– UNIX, POSIX etc


? 상용 RTOS(Real-time Operating System)

– 대표적인 제품으로 VxWorks, pSOS, QNX, OS-9, VRTX 등이 있음

– VxWorks

?WindRiver사에서 판매하는 제품으로 세계 시장에서 가장 점유율이

가장 높음

?많은 종류의 마이크로 프로세서를 지원하며 대부분의 상용 Chip에

대한 Device Driver 지원

– OSE

?Enea OSE Systems에서 개발, 판매하는 RTOS

?국내보다는 세계시장에서 훨씬 높은 인지도와 점유율 보유


– LynxOS

?LinuxWorks사에서 개발

?UNIX와 호환이 가능하며 OS의 사이즈가 크고, 복잡

?규모가 큰 Real-Time Application 개발에 적합

– RTLinux

?Finite State Machine Labs 사에서 개발, 판매하는 Embedded Linux

– Windows CE

?Microsoft에서 판매하는 Embedded Windows OS

– VRTX

?몇 년 전만 해도 국내에서 가장 높은 시장 점유율을 가졌던 Mentor Graphics 사의 RTOS


– pSOS?Integrated Systems사에서 판매 WindRiver에서 인수?VxWorks와 함께 세계 시장 상위의 점유율

– QNX?QNX Software Systems사에서 개발?UNIX와 호환이 가능?비 상업용으로는 Real-Time Platform Package를 무료로 다운 가

능– OS-9?Microware사에서 개발, 판매하는 RTOS로서, 국내 보다는 세계

시장에서 높은?인지도와 시장 점유


? 비상용 RTOS– Nucleus Plus

?Accelerated Technology 사에서 개발,판매?다른 RTOS들과는 달리 Full Source Code를 제공?제품 당 지불하는 Royalty가 없음?국내에서는 휴대폰 단말기와 PDA등 50여종의 제품에서 사용되고

있으며, 우리별 1호, 2호에도 탑재– SuperTask

?US Software 사에서 개발,판매?Nucleus와 마찬가지로 Source Code를 Open하며, No Royalty

– microC/OS(uC/OS) ?최근에 학교를 중심으로 많이 사용하면서 널리 알려진 RTOS? Jean J. Labrosse라는 사람이 개발하여 배포?책을 구입하면 부록에 Source Code가 포함되는 형태로 판매되며,

Royalty 역시 없음?꾸준한 Upgrade를 통하여 많은 종류의 프로세서를 지원?현재는 Upgrade된 uC/OS-II 를 개발하여 배포


? RTOS 비교표

Royalty Policy국내 AgentMAKERRTOS

YesMicrosoftMicrosoftWindows CE

Yes없음Finite State Machine Labs

RTLinux

Yes없음LinuxWorksLynxOS

YesMicroware KoreaMicrowareOS-9

Yes다산 인터네트QNX Software SystemsQNX

No없음개인microC/OS(uC/OS)

No아라전자US SoftwareSuper Task

NoATI KoreaAccelerated Technology

Ncleus Plus

YesWindRiver KoreaWindRiverpSOS

Yes다산 인터네트Mentor GraphicVRTX

Yes트라이콤텍Enea OSE SystemsOSE

YesWindRiver KoreaWindRiverVxWorks


임베디드 시스템 H/W? 임베디드 시스템 하드웨어의 특징

– 프로세서 : 프로그램의 명령어 처리– 메모리 : 프로그램과 데이터 저장– 주변장치 : 시스템과 외부 장치(External Devices)들을 연결– 네트워크 장치

? PC H/W vs. 임베디드 시스템 H/W

필요한 장치만 사용다양함:KBD,MOUSE,SPKR주변장치

거의 사용 안함다양함:HDD,ODD,DVD보조기억장치

최소한의 메모리 사용대용량 메모리메모리

최소한의 성능 탑재고성능 탑재프로세서

임베디드 시스템PCH/W 항목


? 프로세서– 프로세서

? 임베디드 시스템의 제일 중요한 부분? 반도체 회사에서 각각 많은 종류의 제품들을 시판

– 프로세서의 속도? 수 MHz에서 수십 혹은 수백 MHz의 클럭 속도? 8비트, 16비트, 32비트, 그리고 64비트

– 데이터 버스의 크기와 기본 연산의 단위에 따라서 선택

– PC를 설계할 때는 프로세서의 선택 : Intel or AMD– 임베디드 시스템

? 기능의 복잡도(complexity) 및 시스템의 크기 면에서 매우 다양? 마이크로프로세서 :데이터부와 제어부로 구성된 CPU core만 포함? 마이크로컨트롤러 : CPU core에 여러 종류 및 크기의 메모리와 다양한 주변 장치

들까지도 포함

– 많은 종류의 마이크로프로세서 및 마이크로컨트롤러들 중에서 가격대비 성능이 최적인 제품을 찾아내는 것은 매우 어려운 일


? ARM계열

– ARM 아키텍처의 배경

? ARM은 원래 영국 캠브리지에 있는 Acorn Computer Limited에서 개발된 프로세서

? Acorn은 BBCmicro 라는 6502를 이용한 PC를 만듬

? 애플의 영국지사와 VLSI Technology 그리고 Acorn사가 합작하여 ARM사 설립

– ARM의 특징

? ARM 프로세서의 가장 큰 특징인 저 전력 설계

? 다른 프로세서에 비해 적은 전력을 소모하면서 높은 성능

? ARM7의 60Mips에서부터 ARM10계열의 500Mips를 넘어가는 프로세서까지 다양

? 현재 ARM을 이용한 가장 빠른 프로세서는 인텔에서 개발한 XScale로 733MHz동작


? PowerPc계열

– PowerPC 아키텍처의 배경

? IBM RS/6000을 모델로 해서 IBM, 모토롤라 그리고 애플이 함께 만든 프로세서

? 1993년에 발표된 PowerPC Architecture Specification은 32 비트 서브셋을 갖춘 64 비트

스팩

? 거의 모든 PowerPC들 (IBM RS/6000 후기 모델과 모든 IBM pSeries 하이엔드 서버 예외)

은 일반적으로 32-bit

? 일반 PC나 워크스테이션용으로 사용하기 위해서 개발되었기 때문에 최신의 설계 기술을

사용하였고 높은 성능을 낼 수 있도록 설계

– PowerPC의 특징

? 높은 퍼포먼스, 낮은 전력 소모량, 낮은 열 분산 으로 인해서 강력한 '임베디드적' 특징

? 32 (32 또는 64 비트) GPRs (General Purpose Registers)와 PC (Program Counter-

IAR/Instruction Address Register 또는 NIP/Next Instruction Pointer라고 일컬어짐), LR

(link register), CR (condition register)를 갖춤

? MPC850의 50MHz에서부터 MPC7450의 733MHz까지 다양한 성능


? MIPS계열

– MIPS 아키텍처의 배경? MIPS는 1980년대 초에 스탠포드 대학의 존 헤네시 교수 팀의 MIPS RISC 아키텍처 프로

젝트로 시작

? 1984년도에 MIPS Computer System Inc.라는 회사가 설립

? R4000계열의 첫 번째 64비트 상업용 프로세서 출시

? 1992년도에 SGI(Silicon Graphics Inc.)에 합병되었고, MIPS Technology Inc로 변경

? NEC, 도시바, Sony, LSI Logic, Philips등 유명한 반도체 회사에서 MIPS core를 라이센스하여 MIPS 칩들을 만듬

– MIPS의 특징? 대표적인 RISC프로세서로 64비트 어드레스 버스와 64비트 데이터 버스(32비트지원)? 64비트의 구조로 설계되어 있으며 다른 프로세서와 다르게 DSP를 위한 MDU(Multiple-

Divide Uint)을 가지고 있으며 MAC을 지원

? 6단계의 슈퍼파이프라인 방식으로 연산을 처리하는데 있어서 높은 성능

? MIPS32의 경우50-150MHz (R4000)의 속도

? 그래픽 처리, DSP에 필요한 명령어들을 지원

? DSP는 MDU을 따로 가지고 있어서 곱셈이나 나눗셈을 하는데 효율적이며 효율적인 그래픽 처리를 위해 MIPS64에서는 MIPS-3D라는 기능을 추가


? 메모리– 임베디드 시스템 메모리의 선택 : 운영체제와 응용 소프트웨어

? 사용하게 될 메모리의 종류 및 크기

– 메모리의 주요 역할 : 프로그램과 데이터 저장

– ROM: 비휘발성 메모리

? 전원이 차단된 경우에도 메모리의 프로그램 또는 데이터가 없어지면 안 되는 경우

? ROM (Read Only Memory), PROM (Programmable Read Only Memory), EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)

? FLASH 메모리

? PC : BIOS (Basic Input Output System)가 EPROM에 상주 -> 부팅(booting) – 전원이 처음으로 PC에 공급될 때 시작되어 PC의 각종 입출력 장치 등의 주변 장치들을

초기화하는데 사용

– 그 이후에 BIOS는 운영체제를 디스켓이나 하드디스크에서 읽어서 RAM에 저장하고 그이후에는 운영체제가 RAM에서 실행을 시작

– 부팅이 되고 난 이후에 PC는 운영체제가 시작되고 각종 응용 프로그램이 실행되어 사용자의 입력을 기다리는 상태


– RAM? 큰 용량의 프로그램이나 데이터를 저장하는 데 주로 사용

? DRAM(Dynamic Random Access Memory)

– DRAM은 대용량이 필요한 경우에 많이 사용

? SRAM(Static Random Access Memory)

– 일반적으로 SRAM은 소용량

– 고속으로 읽고 써야 하는 경우에 주로 사용: 캐쉬메모리

? Random Access

– 기억장치의 주소를 CD나 하드디스크처럼 순서대로(serial) 읽지 않고 원하는주소를 마음대로 읽을 수 있기 때문에 유래


? 입출력 장치

– 임베디드 시스템의 동작형태

?외부 입력에 반응하여 정해진 작업을 실행하며 지정된 출력을 발생

– 임베디드 시스템의 사용방법

?폴링 (Polling) : Simple Implementations

?인터럽트 (Interrupt) : Efficient Implementations

– 입력장치

?키보드, 마우스, 마이크 등

?센서(Sensor)를 많이 활용

– 외부에서 발생한 물리적인 현상, 즉 온도, 빛, 위치 등의 값 (또는 변화량)들을 임베디드 시스템으로 읽어 들이는 역할을 수행


– 예 : 온도센서와 히터(Heater)를 이용하여 용액의 온도를 70℃로일정하게 유지하는 간단한 임베디드 시스템?용액의 온도가 65℃로 떨어진 경우에 이 온도 변화량을 센서가 감지하

게 되며 이 신호를 프로세서에 입력

?프로세서는 온도가 내려갔으므로 히터를 가동시킨 뒤 계속 온도를 감시하다가 온도가 70℃가 되었을 때에 히터의 가동을 중지

?이때 사용되는 입출력 신호– 디지털 입출력 신호 : binary 신호– 입력 온도센서와 출력 히터신호에 각각 한 비트를 할당– 입력 온도 센서에서는 센서에서 지정된 온도보다 작은 온도가 검출되는 경

우에는 ‘1’신호를 발생– 온도가 70℃를 유지하는 경우에 ‘0’신호를 발생하는 회로– 출력 히터신호는 ‘1’인 경우에 히터 가동; ‘0’인 경우에 히터 정지– 용액의 온도가 떨어지면 입력 온도센서 값이 ‘1’이 되고 제어 프로그램은 히

터로의 출력신호를 ‘1’로 만들어서 히터의 가동을 시작– 나중에 온도가 올라가서 온도센서의 값으로 ‘0’이 입력되면 제어 프로그램은

출력 히터신호를 ‘0’으로 만들어서 히터의 동작을 정지


– 정밀한 값을 처리해야만 하는 시스템

?온도 신호는 아나로그(analog) 신호이므로 아나로그 센서를 사용

? analog-to-digital converter (ADC)가 필요

?온도가 변하면 아나로그 센서가 온도 값을 출력하고 그 신호를 입력받

은 ADC는 n-비트의 디지털 신호로 변환해서 제어 프로그램에 입력

?제어 프로그램은 입력에 대응하는 출력을 m-비트 디지털 데이터의 형태

로 히터에 전송하여 처리

– 임베디드 시스템의 상태 표시

? LED : 출력신호의 on/off 상태를 표시하기 위해 사용

? 7-segment display : 숫자와 알파벳

? LCD (Liquid Crystal Display) : 많은 양의 정보를 표시해야 하는 경우


? 직렬포트(serial port)– RS232C규격, 몇 m 떨어진 곳의 주변장치대상

– 특징: 저속, 간단

? 병렬 포트(parallel port)– 시리얼보다 더 근접한 위치의 주변장치 용; 프린터 인터페이스

? USB (Universal Serial Bus) 및 IEEE 1394– 최근에는 주변장치에서 많은 멀티미디어 데이터를 처리해야 하기 때문에 직

렬이나 병렬 인터페이스로는 부족한 성능을 개선

– USB : ? 최대 12 Mbps까지 전송속도? 최대 127개의 주변 장치들을 연결? 프린터, 스캐너, 키보드, 조이스틱, MP3 Player 등의 제품에서 사용

– IEEE 1394: Apple의 Firewire? 400 Mbps까지의 전송속도? 최대 63개의 주변장치? 하드디스크, CD/CD-RW 및 비디오카메라 등의 제품에서 사용


? 네트워크 장치

– 멀리 떨어진 곳의 주변장치 제어

– 유선 네트워크: 이더넷(Ethernet)이 널리 사용

? IEEE 802.3 표준

? 현재시점에서 가장 많이 사용되는 근거리 통신망(Local Area Network 혹은 LAN)

기술

? 10Base-T : 10Mbps의 전송속도

– CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect) 프로토콜을 구현

? 10/100 이더넷 : 100 Mbps까지 겸용으로 낼 수 있는 고속 이더넷을 함께 사용

? Gigabit 이더넷을 지원하는 제품들도 사용되기 시작

? 10Gigabit 이더넷 개발 완료


– 무선 네트워크 방식

? 802.11a, 802.11b 규격

? CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) 프로토콜을 지원

? 최근에 그리고 802.11g가 승인

? 802.11a :

– 5GHz 대역에서 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 변조 방식 사용

– 54Mbps의 전송속도

? 802.11b :

– 2.4GHz 대역에서 direct sequence spread spectrum 변조 방식 사용

– 11Mbps의 전송속도

– 현재는 802.11b가 낮은 전송속도에도 불구하고 낮은 대역으로 인한 넓은 지역 (∼300 feet:

802.11a는 ∼60 feet 임)에서 사용할 수 있기 때문에 더 많이 사용


임베디드 시스템 S/W? 임베디드 시스템 소프트웨어의 구성

– OS : RTOS, Embedded Linux– 시스템 S/W: OS API, Network API, …– 응용 S/W: 각 분야/용도 별

? PC S/W vs. 임베디드 시스템 S/W

교차개발환경Visual Studio .NET개발환경

메모리에서 읽어온다HDD에서 읽어온다응용 S/W

RTOS & Linux APIWindows API시스템 S/W

RTOS, LinuxWindowsOS

임베디드 시스템PCS/W 항목


? 운영체제 (Operating System)

– 범용 운영체제

? 다양한 프로그램을 지원 but 덜 매력적

? Linux, Microsoft XP 혹은 2000pro 등의 데스크 탑 운영체제

– 다양한 장치와 다양한 작업들을 수행

– 기본적으로 커다란 메모리를 필요

– 임베디드 시스템 운영체제

? 가격 경쟁력을 갖추어야 함

? 작은 크기의 메모리에도 원활하게 동작하는 운영체제가 바람직

? embedded Linux, pocket PC

? 국산 실시간 운영체제(Real-time Operating System 혹은 RTOS)인 Qplus


? 시스템 S/W

– 컴퓨터 하드웨어를 관리하고 응용 소프트웨어를 실행하는데 필요한 프로그

램들

– 운영체제

– 각종 하드웨어 및 주변 장치들을 구동하는 데 필요한 드라이버 프로그램

– TCP/IP를 비롯하여 시스템을 네트워크로 연결하는 데 필요한 각종 소프트웨

어

– 프로그램을 개발하는데 사용되는 여러 프로그래밍 언어(예를 들면 C, C++,

어셈블리 언어) 컴파일러, 디버거, 프로그램 개발도구(예를 들면 마이크로소

프트 Visual studio, Qplus ESTO) 등


? 응용 S/W

– 임베디드 시스템의 응용소프트웨어

? 운영체제와 시스템소프트웨어를 이용하여 사용자에게 유익한 작업을 수행하는 소

프트웨어들

? 예 : Desktop Publishing, Personal Information Management (PIM), Computer Aided

Design (CAD), 과학 계산용 소프트웨어, 웹 브라우저, 멀티미디어 재생기 등

? 일반적으로 RAM에 올려져서 동작

? 많은 경우에 작은 크기의 임베디드 시스템에서는 시스템의 전원이 꺼지더라도 다시

전원을 인가하면 바로 동작이 실행될 수 있도록 만들기 위하여 응용 프로그램을

ROM 혹은 플래시메모리에 저장하기도 함


임베디드 시스템 활용 분야


심전도 측정기, 생명 유지 장치, 자세 제어기의료

전화기, 프린터, 팩스, 스캐너, 복합기사무

엔진 제어, 네비게이션, ITS 제어기차량/교통

POS단말기, ATM단말기물류/금융

교환기, 기지국 제어기통신장비

휴대폰, PDA, 무전기, eBook정보단말

Digital TV, 인터넷 냉장고정보가전

적용 예활용 분야

게임 아케이드 게임기, 콘솔 게임기, 게임보이

? 적용 예


? 정보가전– 정보를 이용해서 TV, 냉장고, 세탁기, 청소기 등의 가전용품을 인터

넷 등에 연동

– Digital TV? Digital 영상 및 음성 정보 + 부가적인 Digital 데이터

?데이터 : 프로그램에 관련된 정보 및 다른 부가서비스 관련 정보

? VOD(Video On Demand), 양방향 TV등이 가능– 사용자의 의견 혹은 선호도를 반영


? 정보단말– PDA, 휴대폰, 스마트폰, 영상전화기 등

– PDA? 전자수첩에서 발전한 형태? 주로 개인정보관리 (PIM 즉 Personal Information Management) 와 일정관리의 용

도로 많이 사용? 셀룰러폰, PCS, 블루투스 및 무선랜의 발전으로 무선네트워킹 기능이 추가 -> 물

류, 영업용, 증권 단말기용으로 많이 사용? 전자북, MP3, 웹, 핸드폰, GPS 등에서 멀티미디어 데이터를 처리하는 용도로도 각

광? 컴팩사의 iPAQ 3850


? 통신장비– 디지털 교환기, 사설 자동 전화교환기

PABX (private automatic branch exchange), 라우터, 스위치 등의 네트워크장비

– 가입자, 기지국 등의 각 모듈들? 채널 제어 및 여러 가지 종류의 프로토콜

정합 또는 변환을 위한 목적? 실시간 운영체제를 탑재한 마이크로프로세

서 보드들로 구성

– 예 : 사설교환시스템 IP-PCX IAP (IP based-Private Communication eXchangeIntegrated Access Platform)? ATM(Asynchronous Transfer Mode)

Switching 기능 및 VoIP(Voice over IP) 기능을 가진 교환기

? Internet 및 VoIP환경에 적합한 IP기반의통합 통신 시스템

? PBX단말 및 IP단말의 통합 호 처리 및 통합관리가 가능한 시스템


? 항공/군용– 비행기, 군용 전자 통신장비, 전자 제

어 무기 등– 예 : Global Star 2100®

?하니웰(Honeywell Aerospace)의 전자동 항공기 관리 시스템

?출발점에서 도착지점까지의 조종사가수행해야 할 많은 일들의 많은 부분들을 즉, 비행, 통신, 유도 및 연료관리를자동으로 수행

? RTOS가 이용되어 모든 태스크가 실시간에 동작하게 구성

?자동조종장치와 연동하여 비행기의 승강키, 보조날개, 방향키 등을 제어하여항공기를 운항


? 물류/금융– 물류 분야 : 바코드(barcode)발급기, 바

코드 리더(Reader) 혹은 레이저 스캐너와 연동되는 POS(Point Of Sales)단말기, RF 태그(tag)

– 금융분야 : ATM, 순번 발행기, 스마트카드, ID카드, 신용카드 등의 각종 카드 발급기 및 조회기

– POS 단말기? PC에서와 유사

?모니터, 고객용 표시장치, 바코드 리더, 레이저 스캐너, 그리고 영수증 프린터등의 모듈을 장착


? 차량/교통– 자동차의 엔진 및 각종 제어 시스템, 무인 자동화 시스템– 지능형 교통시스템(ITS : Intelligent Transport Systems) 등

? 도로, 자동차, 신호시스템 등 기존의 교통시스템에 전자, 통신, 제어기술을 연동하여 효율적이고 안전한 교통시스템을 구축

? 각종 센서가 장착된 단말기와 GPS 데이터를 이용하여 모든 도로의 교통상황 데이터를 수집

? 유선 및 무선 통신시스템을 이용하여 ITS가 교통정보, 도로정보 등을 알리는 시스템


? 사무기– 프린터, 스캐너, 팩스, 그리고 복사기와 이들의 기능을 하나로 모은

복합기– 삼성의 SCX-5312F

?프린터, 스캐너, 팩스, 복사기의 기능을 모두 수행하는 복합기


? 산업/제어– FA (Factory Automation)

?생산 공정의 제어에 필요한 시스템

?이전에는 PLC (Programmable Logic Controller)모듈을 이용하여 구현

?고성능이 필요한 경우 즉, 실시간으로 공정이제어되어야 하거나 또는 매우 정밀한 값이 처리되어야 하는 공정 : 실시간 운영체제를 갖춘 고성능의 임베디드 시스템을 사용


? 의료– 게놈(genome) 프로젝트의 연구팀

?모든 인간이 가지고 있는 31.8억 base pair of DNA를 정렬해서 유용한 정보를찾기 위해 고성능의 컴퓨터 필요

? Applied Biosystems 사의 ABI PRISM®3700 DNA 분석기

– 이 유전자 정보를 슈퍼컴퓨터에 입력시킬수 있는 정보로 가공

– 68332 마이크로프로세서– VxWorks RTOS를 이용한 임베디드 시스

템– 이전에는 사람이 수개월 걸려서 처리하던

10만개의 샘플작업을 단지 몇 시간 만에수행


? 게임기– 고성능 프로세서 탑재

– 마이크로소프트의 Xbox– 소니의 playstation 2

? Emotion Engine™ 이라는 multimedia processor? MIPS 프로세서를 탑재

– 닌텐도의 nintendo64 – 닌텐도 게임보이 어드벤스 (nintendo

gameboy advance)? 32-Bit ARM 프로세서? 2.9인치 TFT 스크린? 32,768 색상을 지원하는 휴대형 게임 장치


임베디드 시스템 H/W 향후 전망? 컴퓨터 하드웨어 기술 : 무어의 법칙에 따라서 계속 발전? 프로세서

– 데이터 처리용량 증가: 32비트 코어 => 64비트 코어로 발전.– 고성능의 파이프라인, DSP, 자바 처리 전용 H/W 추가

? 메모리– 대용량화 DRAM– FLASH 메모리의 사용증가.

? 네트워크– 유?무선 네트워크의 대역폭의 계속적인 증가.

? SOC (System-on-a-chip)– CPU, 메모리, DSP, 주변장치 등을 한 칩으로 만드는 기술

? 이전에 한 PCB보드에 CPU칩, 메모리 칩, 주변장치 칩 들을 따로 사용하여 설계.? 각 칩에 해당되는 회로를 각각의 IP(Intellectual Property 또는 지적재산권)로 확보

해서 한 개의 칩으로 설계

– Post-PC 시대의 하드웨어 기술의 핵심? 고성능, 저전력, 저가격, 안정성, 내구성, 혁신적 디자인 등이 가능


임베디드 시스템 S/W 향후 전망? OS

– Plug-and-play RTOS– Linux will be there.– Windows 시장 진입 노력: CE, .NET

? System S/W– 새로운 장치와 고성능화 하는 장치에 맞는 API 계속 개발

– Device Driver 자동 생성 도구 발전: MS Platform builder– Middleware의 등장

? Application S/W– Component Based Design: Plug-and-play 응용 S/W 개발이 가속화

– S/W Modeling CAD Tool (UML)

? Development Tool– CAD Tools for Rapid S/W development

? Automatic Source Code Generation Tool: Objectime, RoseRT


임베디드 H/W 종류 및 특징

? StrongARM1110

? MPC850

? AXIS(ETRAX)

? MC68EZ328

? 실습용 보드


? SA1110 block diagram

StrongARM-1110 구조


? Basic Architecture- Memory and PCMCIA control module (MPCM)

- Memory interface supporting ROM, Synchronous Mask ROM (SMROM), Flash, DRAM,

SDRAM, SRAM, SRAM-like variable latency I/O, and PCMCIA control signals

- System control module (SCM)

Twenty-eight general-purpose interruptible I/O ports

Real-time clock, watchdog, and interval timers

Power management controller

Interrupt controller

Reset controller

Two on-chip oscillators for connection to 3.686 MHz and 32.768 kHz crystals

- Peripheral control module (PCM)

Six-channel DMA controller

Gray/color, active/passive LCD controller

16550-compatible UART

IrDA serial port (115 Kbps, 4 Mbps)

Synchronous serial port (UCB1100, UCB1200, SPI, TI, µWire)

Universal serial bus (USB) device controller

StrongARM-1110 특징


? SA1110 pins


? SA1110 memory map

Static Bank Select 0(128Mbytes)Static Bank Select 1(128Mbytes)Static Bank Select 2(128Mbytes)Static Bank Select 3(128Mbytes)

BLOB

zImage

0x00000000

PCMCIA Socket 0 Space(256Mbyte)

Reserved(768Mbytes)

PCMCIA Socket 1 Space(256Mbyte)

Peripheral Control Module Registers(256Mbyte)

System Control Module Registers(256Mbyte)

Memory and Expansion Registers(256Mbyte)

LCD and DMA Registers(256Mbyte)

0x080000000x100000000x180000000x20000000

0x30000000

0x40000000

0x50000000

DRAM BANK 0(128Mbytes)DRAM BANK 1(128Mbytes)DRAM BANK 2(128Mbytes)DRAM BANK 3(128Mbytes)

Reserved(384Mbytes)

ZEROS BANK (128Mbytes)

Static Bank Select 4(128Mbytes)Static Bank Select 5(128Mbytes)

0x80000000

0x90000000

Flash16MByte16 bit busCS0

RAMDISK IMAGE

ZIMAGE

RAMDISK IMAGE

VMLINUX

RAMDISK

SDRAM64MByte32 bit busRAS0CAS0

0xC0008000

Page table

0xC0000000

0xC0000000

0xC0000000

0xC0008000Ethernet

PCMCIA

0xC8008000

0xC8000000


? MPC850 block diagram

MPC850 구조


? Basic Architecture

• Single-issue, 32 bit version of the embedded PowerPC core

• 2Kbyte data cache, 1Kbyte instruction cache

• MMU with 8 entry translation lookaside buffer(TLBs)

• 0-66MHz

• System Integration unit

• Memory controller

• General-purpose timers

• Low power support

• Serial communications controller

- Ethernet / IEEE802.3

- UART

MPC850 특징


? AXIS block diagram

AXIS 구조



• High performance 100MIPS(200MIPS/W) 32-bit RISC CPU, 112k Dhrystones

• Ethernet controller supporting 100Mbit/10Mbit MII

• Disk interface configurable as either EIDE/AT-2

• parallell I/O port

• Four serial ports with baud rate up to 1843.2kbaud

• 16-bit GPIO

• Data bus width (16bit or 32bit)

• Bus interface ( SRAM, DRAM, EPROM ,parallel EEPROM, Flash )

• 8 kilobyte on chip cache memory

• DMA controlled network

• Low power consumption

• 256-pin PBGA package

AXIS 특징


? MC68EZ328 block diagram

MC68EZ328 구조



• EC000 core

• Chip-select logic and bus interface

• Phase-locked loop and power control

• Interrupt controller

• Parallel general-purpose I/O ports

• Pulse-width modulator

• General-purpose timer

• Serial peripheral interface

• UART and infra-red communication support

• LCD controller

• Real-time clock

• DRAM controller

• in-circuit emulation module

• Bootstrap mode

AXIS 특징


? SA1110 SoC board block diagram

LCDTFT-LCD

(320*240)

LCDTFT-LCD

(320*240)

FPGA BOARDXILINX

(SPARTAN_XC2S200E)20만 게이트

ALTERA(ACEX EP1K100QC208-2)

10만 게이트

FPGA BOARDXILINX

(SPARTAN_XC2S200E)20만 게이트

ALTERA(ACEX EP1K100QC208-2)

10만 게이트

PCMCIA_SLOTPCMCIA_SLOT

SERIAL PORT-ASERIAL PORT-A

SERIAL PORT-BSERIAL PORT-B

ETHERNET PORTETHERNET PORT

USB PORTUSB PORT

StrongARM1110StrongARM1110

SDRAM(16M)SDRAM(16M)




FLASH_MEMORY 16MFLASH_MEMORY 16M

FLASH_MEMORY 16MFLASH_MEMORY 16M

HEADSETHEADSET

STEREOSTEREO

AUDIO(UDA1341)

AUDIO(UDA1341)

TOUCHSCREEN

(UCB1300)

TOUCHSCREEN

(UCB1300)LED (GPIO)LED (GPIO)


임베디드 시스템 실습 환경

Host

platform : Pentium PCOS : Wow linux paranR2ethernetserial portminicomcross compiler

Target board

SA-1110 SoC board

Serial cableSerial cable

JTAG cable

임베디드시스템소개artoa.hanbat.ac.kr/lecture_data/embedded_sw/01_old.pdfhanbat national...

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