임베디드 시스템 개요임베디드 시스템 개요

Lecture #1Lecture #1

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목 차 임베디드 시스템 정의 임베디드 시스템 특징 임베디드 시스템의 실시간성 임베디드 시스템 응용 분야 임베디드 시스템 구성 임베디드 시스템 시장 현황 우리나라의 준비 - IT839 전략 우리나라가 집중해야 할 6 개 분야 유비쿼터스 컴퓨팅

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임베디드 시스템 정의

어떤 제품 (product) 혹은 시스템 (system) 에 포함된 (embedded) 컴퓨터

일반 컴퓨터는 아니지만 마이크로프로세서(microprocessor) 를 가지고 있고 소프트웨어(software) 를 수행하는 특수 컴퓨터

특수한 목적을 수행하기 위하여 개발된 하드웨어(hardware) 와 소프트웨어 (software) 가 결합된 컴퓨터

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임베디드 시스템 보기 임베디드 시스템인 것

휴대폰 , MP3 플레이어 , 미디어 플레이어 포터블 게임기 , PDA 디지털 TV, 최신 냉장고 및 세탁기 애완용 강아지 로봇 , 청소 로봇 자동차용 길 안내 시스템 , 비행기용 항법 장치

임베디드 시스템이 아닌 것 데스크 탑 PC, 서버 컴퓨터 , 수퍼 컴퓨터

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우리 주변의 임베디드 시스템

휴대폰 휴대용 게임기

디지털 TV

인터넷 냉장고 세탁기

전자사전 애완용 강아지 로봇

MP3 player

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임베디드 시스템 특징 특정 목적 (application specific) 을 수행하는

소프트웨어 지원 실시간 (real time) 처리 지원 고도의 신뢰성 (high reliability) 지원 소형 (small) 및 경량 (light) 지원 저 전력 (low energy) 지원 제품 가격의 조건 (cost sensitivity)

강한 제약성 : 소형 , 적은 전력 소모량 , 실시간 반응 요구 등

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임베디드 시스템의 실시간성 (1)

실시간 시스템 (Real-time System) Operation is time constrained: latency, throughput. 주어진 입력 (event) 에 대해 정해진 시간 내에 행동할 수

없을 때 문제가 발생하는 시스템 . 결과 산출에 걸리는 시간에도 적시성 (timeliness) 을

가지며 외부 자극에도 예측 가능한 (predictable) 방식으로 반응 .

적시성 (timeliness) 이란 ? 열악한 환경 하에서도 데드라인 (deadline) 이내에 논리적으로도

정확한 출력 값을 산출해 내는 것 .

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임베디드 시스템의 실시간성 (2)

실시간 시스템의 분류 Hard real-time( 경성 ) 시스템

제어작업이 deadline 을 어기는 경우 시스템에 심각한 영향을 주는 time-critical 속성을 지닌 시스템

예 ) 원자력 발전소 제어 , 화재 발생 검출시스템 , 항공기 , 우주 왕복선 , 자동차 등

Soft real-time( 연성 ) 시스템 Deadline 을 어긴 단위 제어 작업의 무효화로 시스템의 평균적

성능에 미세한 영향을 주는 시스템 예 ) 컴퓨터 , 정보기기 , 네트워크 관련기기 등

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임베디드 시스템 응용 분야 정보 가전 – 디지털 TV, 인터넷 냉장고 , 세탁기 ,

가정용 오디오 시스템 정보 단말기 – 휴대폰 , PDA, 영산 전화기 통신 장비 – 전화 교환기 , 라우터 (router), 공유

기 , 홈 게이트웨어 (home gateway) 게임 기기 – 소형 게임기 , 지능형 장난감 항공 우주 – 비행기 , 우주선 , 미사일 물류 , 금융 , 사무기기 – POS 단말기 , ATM,

프린터 차량 , 교통 – 자동차 , 지능형 교통 제어 시스템

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정보 가전

기술이 발전함에 따라 사용자는 일반 가전 제품에 다양한 기능을 요구함

다양한 기능의 처리를 위한 가전제품 전용 임베디드 시스템 적용

가정 내 네트워크 구성에 따른 원격 제어 , 정보 수집 등이 가능해짐

홈 네트워킹과 함께 가정 자동화 ( 홈 오토메이션 ) 의 핵심 부분

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정보 가전 - 홈 네트워크 가정의 정보 가전 기기가 홈 네트워크에 연결되고 홈

네트워크는 홈 게이트웨이를 통하여 인터넷에 연결됨

홈 네트워크

홈 네트워크

보일러인터넷으로 제어 및

각종 운행

전자레인지인터넷으로 요리 정보

검색 및 다운로드

디지털 TV인터넷 검색 , 각종

기능 설정 등

세탁기인터넷으로 세탁기 제어 및 각종 자동

실행

인터넷 냉장고인터넷으로 제어 ,

정보 검색 및 다운로드

캠코더디지털 카메라 , 네트워크 연결 ,

다양한 기능

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정보 단말기 핸드폰 , PDA, 스마트 폰 , MP3 플레이어 등 단순한 통화 중심의 이동 전화기에서 각종 정보 검색 , 오락 ,

메시징 등의 복합 기능이 수행되는 디지털 정보 단말기로 발전 단말기 각각의 기능에 맞는 마이크로프로세서 , 메모리 ,

운영체제 , 응용 프로그램 등으로 구성 앞으로는 다양한 단말기가 하나의 기기로 통합될 것으로 예상됨

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통신 장비 전화 교환기 , PABX(Private Automatic Branch

Exchange) 등의 음성 통신 기기 라우터 (router), 게이트웨이 (gateway), 공유기

등의 유무선 데이터 통신 장비

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게임 기기 마이크로소프트의 Xbox 소니의 Playstation 2 닌텐도의 Game Boy Advance

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항공 우주 항공기 , 전투기 등

수 백 개의 마이크로프로세서에서 수많은 소프트웨어가 동작하는 시스템

화성 탐사 우주선 이동 , 영상 처리 , 통신 등 기능 수행

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물류 , 금융 및 사무기기 물류 : POS(Point-Of-Sale) 단말기 금융 : ATM(Automated Teller Machine) 단말기 사무기기 : 프린터 , 스캐너 , 팩스기 , 복합기 등

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차량 및 교통 차량 : 자동차의 엔진 및 각종 장치의 제어 ( 고급

자동차에는 수십 개의 마이크로 프로세서를 가지고 있음 ) 교통 : 지능형 교통 시스템 (ITS: Intelligent Transport

System) 사람 , 자동차 , 도로를 연결하는 새로운 교통 시스템 ( 예 : 자동

요금 지불 시스템 , 도로 교통 정보 통신 시스템 , 첨단 안전 자동차 등 )

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임베디드 시스템 구성 하드웨어 – 마이크로프로세서 , 메모리 , 입력

장치 , 출력 장치 , 센서 소프트웨어 – 운영체제 (operating system),

응용 소프트웨어

마이크로프로세서 , 메모리 , 입력 장치 , 출력 장치

하드웨어

운영체제 , 응용 소프트웨어

소프트웨어

임베디드 시스템

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임베디드 시스템 - 소프트웨어

운영체제 임베디드 시스템을 관리 (manage) 및 제어 (control) 하는

소프트웨어 이 소프트웨어가 있어야 컴퓨터의 모든 구성 요소를 사용할

수 있음

응용 소프트웨어 임베디드 시스템의 목적을 달성하기 위한 프로그램들 휴대폰의 경우 : 전화 걸기 , 전화번호 관리 , 사진 찍기 ,

일정관리 , 게임 , 음악 플레이 등의 소프트웨어

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소프트웨어 구성 - 그림

응용 소프트웨어

운영 체제

하드웨어

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임베디드 소프트웨어 (1)

임베디드 소프트웨어 개요 하드웨어를 제어하기 위해 임베디드시스템에 내장되는 명령어집합

제한된 하드웨어 자원에서 동작해야 하므로 일반적으로 크기가 작고 하드웨어에 최적화해 사용

하드웨어가 다양하기 때문에 탑재되는 임베디드 소프트웨어 종류도 다양하고 복잡

대부분의 경우 센서 혹은 버튼 등을 통하여 입력된 외부 자극에 대해 사건 구동 방식으로 동작

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임베디드 소프트웨어 (2)

임베디드 소프트웨어의 주요 기술 분야

기술 구분 활용 사례

임베디드 응용 소프트웨어 멀티미디어 재생기 , 브라우저 , PIMS 응용 , 차량 항법 시스템 등

임베디드 미들웨어 JVM, CORBA, 무선 인터넷 플랫폼 , 통신 프로토콜 관리기 등

임베디드시스템 소프트웨어 모바일 데이터베이스 관리 시스템 , 디바이스 드라이버 , 저전력 지원 등

임베디드 개발 프레임워크컴파일러 , 디버거 , 모바일 환경에 적합한 각종 시뮬레이터 , 실시간 모니터 ,

이동 모니터 등

임베디드 소프트웨어 플랫폼 임베디드 리눅스 , 윈도우 CE, J2ME 등

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임베디드 소프트웨어 (3)

운영체제에 따른 임베디드 소프트웨어

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임베디드 시스템 - 하드웨어

마이크로프로세서 – 정해진 명령어 ( 산술 연산 , 논리 연산 , 입출력 , 수행 제어 등 ) 을 수행하는 하드웨어 장치

메모리 – 마이크로프로세서가 수행할 명령어 및 데이터를 저장하는 장치

입출력 장치 – 시스템 외부와 내부 사이에 데이터를 전달하는 장치

센서 – 시스템 외부에서 정보 ( 온도 , 압력 , 습도 , 소리 , 거리 , 위치 등 ) 를 수집하는 장치

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하드웨어 구성 - 그림

마이크로

프로세서메모리

출력 장치입력 장치 센서

버스

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임베디드 하드웨어 (1)

프로세서의 발전

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임베디드 하드웨어 (2)

프로세서의 분류 : 프로세서 모델

구현하고자 하는 기능

범용 프로세서 특수 목적 프로세서 단일 목적 프로세서

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임베디드 하드웨어 (3)

프로세서의 분류 : 프로세서 구성

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임베디드 하드웨어 (4)

임베디드시스템 구현을 위한 프로세서 모델에 따른 비교

종류 범용 프로세서 특수 목적 프로세서 단일 목적 프로세서

하드웨어 복잡 보통 단순

연산장치 범용 소수 기능 단일 기능

프로그램 메모리 대용량 소용량 필요 없음

구현 방식 소프트웨어 소프트웨어 혹은 하드웨어 하드웨어

구현 시간 짧음 보통 장시간

초기 투자 비용 적음 보통 많음

성능 저조 보통 우수

크기 및 소모 전력 많음 보통 적음

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임베디드 하드웨어 (5)

저장 매체

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임베디드 하드웨어 (6)

기타 : SoC(System On Chip) 프로세서 로직을 라이선스하여 SoC(System on a Chip)

형태로 프로세서 코어 , 메모리 , 디지털 신호 처리 (DSP, Digital Signal Processing) 및 주변장치 등을 하나의 칩에 통합하여 제조 가능

SoC 특징 제품의 크기가 보드가 아니라 칩 크기로 소형화되기 때문에 저전력

소모 , 제품 가격 하락 , 안정성 증가뿐만 아니라 혁신적인 디자인도 가능 .

모듈별로 재사용 가능한 IP(Intellectual Property) 개발이라는 새로운 사업 모델의 등장 . 이전에는 일부 반도체 회사에서만 프로세서 칩을 설계 , 제조 및 판매가 가능했지만 , 이제는 영국의 ARM 처럼 프로세서 코어 IP 를 판매하는 회사도 등장 . ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 제조 기술만 있는 회사이면 IP 를 라이선스하여 프로세서와 같은 칩 생산이 가능

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임베디드 시스템 시장 현황 (1) 임베디드 시스템 세계시장 규모

임베디드 운영체제별 국내 사용 전망

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임베디드 시스템 시장 현황 (2) 임베디드 운영체제별 국내 사용 현황

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임베디드 시스템 시장 현황 (3) 임베디드 프로세서별 국내 사용 현황

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임베디드 시스템 시장 현황 (4) 임베디드 소프트웨어 활용의 발전 추세

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임베디드 시스템 - 산업의 특성 고부가가치 산업

임베디드 소프트웨어가 탑재된 상품의 가치는 하드웨어보다 소프트웨어가 좌우하는 기술집약적 고부가가치 산업임 통신 라우터의 경우 , 하드웨어 원가가 수십 만원에 불과하나 각종 통신 및 제어 소프트웨어가 탑재되면 최종가격이 수백만원으로 상승함

하드웨어 강자가 절대적으로 유리 우리나라의 기술 우위 산업 분야와 임베디드 소프트웨어

기술을 접목할 경우 국가 산업 발전의 새로운 대안으로 부각 가능 정보가전 ( 디지털가전 ), 이동전화 , 전자 자동차 등에

강점이 있음

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우리나라의 준비 - IT839 전략 2004년 한국의 정보통신부가 국민소득 2만불

시대를 달성하기 위하여 기획한 전략

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8 대 신규 서비스 (1) Wi-Bro 서비스 : 정지 및 이동 중에서도 언제 , 어디서나 , 높은 전송속도로 무선인터넷 접속이 가능한 휴대 인터넷 서비스

DMB 서비스 : TV 방송을 이동 중에도 노트북 , PDA, 휴대폰과 같은 작은 단말기로 볼 수 있는 서비스

홈 네트워크 서비스 : 가전제품이 네트워크로 연결되어 기기 , 시간 , 장소에 구애 받지 않고 다양한 편의를 제공하는 서비스

텔레매틱스 서비스 : 무선 위치 정보와 무선 통신망을 이용하여 교통 안내 및 정보를 제공하는 차량 멀티미디어 서비스

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8 대 신규 서비스 (2)

RFID 활용 서비스 : 사물에 전자 칩을 부착하고 무선 통신 기술을 이용하여 정보를 확인하고 , 주변 상황 정보를 감지하는 센서 기술을 이용하는 서비스

W-CDMA 서비스 : 높은 주파수를 이용하여 음성 및 영상 , 고속 데이터 서비스가 가능한 IMT-2000 형 서비스

지상파 DTV: 대화면 , 고품질 , 입체음향의 고품질 방송을 제공하는 서비스

인터넷 전화 (VOIP): 음성신호를 데이터 변환하여 인터넷 망에서 인터넷 전화를 제공하는 서비스

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3 대 인프라 광대역통합망 (BcN) 구축

우리나라는 '95년부터 초고속정보통신망 구축계획을 적극 추진하여 세계 최고수준의 정보 인프라 강국으로 발전

통신 ·방송 ·인터넷의 대통합시대에 대응하고 , 신성장동력산업의 발전토대 마련을 위해 광대역통합망 (BcN) 구축이 필요

U-센서 네트워크 (Ubquitous Sensor Network) 구축 u-센서 네트워크 (USN) 는 모든 사물에 전자태그 (RFID) 를 부착 ,

인터넷에 연결하여 정보를 인식 및 관리하는 네트워크 u-센서 네트워크 (USN) 는 사물의 정보화를 위한 첫 걸음이며 이는

유비쿼터스 사회 구현을 위한 기반구조

차세대인터넷프로토콜 (IPv6) 현재 우리가 사용중인 인터넷프로토콜 (IPv4) 은 '06년부터 주소부족

문제를 초래하여 이에 대한 근본적 해결책 필요 광대역통합망 (BcN), 홈 네트워크 , 텔레매틱스 등의 구현에 필수적인

핵심요소인 IPv6 를 조기 활성화하여 인터넷 생산강국으로 부상

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9 대 신성장 동력 (1) 차세대 이동통신 - 정지 및 이동 중에 다양한 형태의 멀티미디어

정보를 기존 이동 통신망 , 인터넷 망 등과 연동하여 고속 ·고품질로 송수신 가능

디지털 TV - 음성 ·영상 , 데이터서비스 등을 이동 환경에서 제공하기 위한 기술로 차량 , 휴대 환경 등 언제 어디서나 활용 가능한 통신 ·방송 융합 서비스

홈 네트워크 – 정보 가전을 제어하는 홈 오토메이션 , TV 기반의 홈 엔터테인먼트 서비스 등을 지원하는 핵심 요소 기술

IT SoC – 비 메모리 집적 회로로서 그 자체로 차세대 성장동력일 뿐 아니라  IT 제품의 경쟁력을 좌우하는 핵심 부품

차세대 PC – 정보 처리 , 네트워크 기능을 가지고 의복 등에 내재되어 입을 수 있는 컴퓨터로 미래 유비쿼터스 환경의 핵심 단말

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9 대 신성장 동력 (2) 임베디드 S/W – 정보 가전 , 차량 , 로봇 , 산업 기기 , 의료 기

기 , SoC 등 차세대 성장동력 분야의 제품에 내장되는  S/W 로 H/W 제어 , 통신 , 멀티미디어 , 인터넷 , 인공지능 등 제품을 스마트하게 만드는 기능을 제공

디지털 콘텐츠 - Digital-Life 시대의 도래로 문화 , 교육 , 의료 등 다양한 콘텐츠가  IT 기술과 결합하여 디지털 형태로 가공 처리된 것으로 한계 비용이 '0' 에 가까운 고부가가치 산업으로 이동 통신 , DTV, 홈 N/W 등 다른 신성장 동력 산업의 부가 가치를 증대시키는 핵심 산업

텔레매틱스 - 차량의 위치 정보와 무선 통신망을 이용하여 교통 정보 , 긴급 구난 , 원격 차량 진단 , 인터넷 등 다양한 서비스를 지원하는 핵심 기술

지능형 로봇 - 언제 어디서나 이용자 요구에 부응한  IT 서비스를 제공하는  IT 기반의 지능형 서비스 로봇은 미래 핵심 산업

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우리나라가 집중해야 할 6 개 분야

시스템온칩 (SOC)

휴대폰

셋탑박스

텔레매틱스

홈오토메이션

PDA

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유비쿼터스 컴퓨팅 (1)

유비쿼터스 (Ubiquitous) 컴퓨팅의 의미 언제 어디서나 어떤 것이라도 온라인 네트워크와

연결되어 서비스를 받는 환경과 공간을 의미 Xerox 사의 PARC(Palo Alto Research Center)

연구소의 연구책임자인 마크와이저 (Mark Weiser) 소장에 의해 1991년도에 사용

TRON 프로젝트 연구책임자인 사카무라 켄 교수가 제창한 “모든 물건에 컴퓨터”

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유비쿼터스 컴퓨팅 (2)

전자공간과 물리공간의 빅뱅

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유비쿼터스 컴퓨팅 (3)

유비쿼터스 혁명과 공간

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유비쿼터스 컴퓨팅 (4)

유비쿼터스 컴퓨팅의 특징 (by 마크 와이저 ) 인간화된 인터페이스 (calm technology) 로 눈에

보이지 않아야 한다 . 가상공간의 컴퓨팅 (embedded virtuality = virtual

reality) 이 아닌 현실 세계의 어느 곳에서나 컴퓨터의 사용이 가능해야 한다 .

네트워크에 연결되지 않은 컴퓨터는 유비쿼터스 컴퓨팅이 아니다 .

사용자의 상황 ( 장소 , 시간 , 날씨 등 ) 에 따라 서비스가 변해야 한다 .

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유비쿼터스 컴퓨팅 (5)

차세대 컴퓨팅 기술 웨어러블 컴퓨팅 (Wearable Computing) 퍼베이시브 컴퓨팅 (Pervasive Computing) 조용한 컴퓨팅 (Silent Computing) 노매딕 컴퓨팅 (Nomadic Computing) 감지 컴퓨팅 (Sentient Computing) 엑조틱 컴퓨팅 (Exotic Computing) 임베디드 컴퓨팅 (Embedded Computing) 일회용 컴퓨팅 (Disposable Computing)

유비쿼터스 기반 기술 MEMS, RFID, IPv6, SoC, LBS, 센서 , 칩

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요 약 임베디드시스템이란 특정 기능을 반복적으로 수행하기 위해 컴퓨터의

하드웨어와 소프트웨어가 결합된 고기능의 전자 제어시스템을 말한다 . 임베디드시스템은 특정 기능 수행 , 내장성 , 강한 제약성 , 안정성 혹은

신뢰성 , 가격 민감성 , 제한된 시스템 자원 , 호환성 문제 , 깔끔한 오류 처리 요구 등과 같은 특징을 가진다 .

임베디드시스템이 사용되는 응용 분야는 가정 자동화 , 공장 자동화 , 사무 자동화 , 정보 단말기 , 물류 및 금융 등이다 .

실시간 시스템은 외부 자극에 대하여 어떠한 환경 아래에서도 마감시간 이내에 논리적으로 정확한 출력 혹은 결과를 내는 적시성 (Timeliness) 을 가진 시스템이다 .

초기 임베디드시스템은 별도의 운영체제가 없이 어셈블리어로 하드웨어를 직접 제어했다 .

임베디드 소프트웨어 시장에는 아직 제 1강자가 없으며 , 특히 가장 각축전이 치열한 분야가 임베디드 운영체제 시장이다 .

유비쿼터스 컴퓨팅이란 언제 어디서나 어떤 것이라도 온라인 네트워크와 연결되어 서비스는 환경과 공간을 의미한다 .