임베디드 시스템 개요 Lecture #1

목 차 임베디드 시스템 정의 임베디드 시스템 구성 임베디드 시스템 특징 실시간 시스템 임베디드 시스템 응용 분야 임베디드 시스템 시장 현황 및 전망 우리나라의 준비 - IT839 전략 우리나라가 집중해야 할 6개 분야 참고 문헌

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

임베디드 시스템 보기 임베디드 시스템인 것 임베디드 시스템이 아닌 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

우리 주변의 임베디드 시스템 휴대폰 전자사전 휴대용 게임기 애완용 강아지 로봇 디지털 TV 인터넷 냉장고 세탁기 MP3 player

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

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

하드웨어 구성 - 그림 마이크로 프로세서 메모리 출력 장치 입력 장치 센서 버스

임베디드 시스템 - 소프트웨어 운영체제 응용 소프트웨어 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

소프트웨어 구성 - 그림 응용 소프트웨어 운영 체제 하드웨어

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)

실시간 시스템 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 .

실시간 시스템 분류 Hard real-time 시스템 Soft real-time 시스템 제어작업이 deadline을 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 시스템 Deadline을 어긴 단위 제어 작업의 무효화로 시스템의 평균적 성능에 미세한 영향을 주는 시스템 예) 컴퓨터, 정보기기, 네트워크 관련기기 등

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), 공유기, 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

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

정보 가전 - 홈 네트워크 가정의 정보 가전 기기가 홈 네트워크에 연결되고 홈 네트워크는 홈 게이트웨이를 통하여 인터넷에 연결됨 홈 네트워크 보일러 인터넷으로 제어 및 각종 운행 전자레인지 인터넷으로 요리 정보 검색 및 다운로드 디지털 TV 인터넷 검색, 각종 기능 설정 등 세탁기 인터넷으로 세탁기 제어 및 각종 자동 실행 인터넷 냉장고 인터넷으로 제어, 정보 검색 및 다운로드 캠코더 디지털 카메라, 네트워크 연결, 다양한 기능

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

통신 장비 전화 교환기, PABX(Private Automatic Branch Exchange) 등의 음성 통신 기기 라우터(router), 게이트웨이(gateway), 공유기 등의 유무선 데이터 통신 장비

게임 기기 마이크로소프트의 Xbox 소니의 Playstation 2 닌텐도의 Game Boy Advance

항공 우주 항공기, 전투기 등 화성 탐사 우주선 수 백 개의 마이크로프로세서에서 수많은 소프트웨어가 동작하는 시스템 이동, 영상 처리, 통신 등 기능 수행

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

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)

임베디드 시스템 시장 현황 및 전망 임베디드 시스템 세계시장(2002년) 국내 시장규모 약 1,000억 달러 규모 임베디드S/W 분야 : 약 200억달러 규모 매년 평균 20%의 성장률 2007년 약 500억달러 수준으로 성장 전망(RCW Mirus, 2001) 국내 시장규모 약7천8백억원 규모 - 2002년 2007년 1조 9천5백억원 규모로 성장 전망 (정보통신연구진흥원)

임베디드 시스템 시장 현황 및 전망 소프트웨어 시장 가장 각축전이 치열한 분야는 임베디드 운영체제(OS) PC 시장과 같이 특정 OS 가 시장을 독점하지 못하고 있음 적용제품의 종류, 규모에 따라 여러 종류의 상용 및 비상용 제품 다양 임베디드 OS 및 플랫폼, 애플리케이션 시장을 놓고 불꽃 튀는 경쟁 RTOS Window CE, Embedded Linux, Sun의 Java, 일본의 Tron

임베디드 시스템 - 산업의 특성 고부가가치 산업 하드웨어 강자가 절대적으로 유리 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

우리나라의 준비 - IT839 전략 2004년 한국의 정보통신부가 국민소득 2만불 시대를 달성하기 위하여 기획한 전략

8대 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

8대 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-2000형 서비스 지상파 DTV: 대화면, 고품질, 입체음향의 고품질 방송을 제공하는 서비스 인터넷 전화(VOIP): 음성신호를 데이터 변환하여 인터넷 망에서 인터넷 전화를 제공하는 서비스

3대 인프라 광대역통합망(BcN) 구축 U-센서 네트워크(Ubquitous Sensor Network) 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 IPv6를 조기 활성화하여 인터넷 생산강국으로 부상

9대 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

9대 신성장 동력 (2) 임베디드 S/W – 정보 가전, 차량, 로봇, 산업 기기, 의료 기기, SoC 등 차세대 성장동력 분야의 제품에 내장되는 S/W로 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 IT기술과 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

우리나라가 집중해야 할 6개 분야 시스템온칩(SOC) 휴대폰 셋탑박스 텔레매틱스 홈오토메이션 PDA