임베디드 프로세스 입문

임베디드 프로세서 종류와 기본 개념

임베디드 프로세스 입문

임베디드 시스템은 특정 목적을 지닌 시스템입니다. PC는 특정목적이 아닌 범용 목적을 갖는 시스템으로 입니다.

예를든다면 PC는 프로그램 개발뿐 아니라 그래픽 작업도 할 수 있고 게임, 멀티미디어 기능 등 범용의 기능을 제공합니다. 하지만 임베디드 시스템인 핸드폰은 통신기능에 특화하여 개발되었고 게임기도 게임기능에 특화되어 개발된 시스템입니다. 임베디드 시스템의 구성은 정해진 기능에 필요한 하드웨어와 소프트웨어로 이루어집니다.

내장형 시스템 개발 순서

- 임베디드 프로세서의 선정

- 운영체제의 선정

- 프로그램 개발환경의 구축

- 시스템을 개발

임베디드 프로세서

- 중앙처리장치 (Central Processing Unit 또는 CPU)입니다.

하드웨어 관점에서 CPU를 선정할 때에는 개발하려는 제품의 하드웨어사양에서 어떤 회로가 구성하기 어려운 지를 먼저 살펴보고 회로 구성이 어려운 부분들이 최소한 많이 Controller로 내장되어 있는 CPU를 선정하는 것이 좋습니다.

- 임베디드 프로세서, 프로세서코어(core), 혹은 간단하게 코어(core)라 합니다.

- 데이터부(Datapath Unit)

  레지스터, ALU(Arithmetic Logic Unit), BUS

  곱셈기 : 멀티미디어 데이터의 신속한 처리합니다.

- 컨트롤부(Control Unit)

  데이터부의 각 모듈에서 실행될 수 있도록 모든 제어 신호를 발생하는 역할을 수행합니다.

마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러

마이크로 프로세서

- 프로세서를 한 개의 칩으로 구현됩니다.

- 데이터부와 제어부가 들어있는 코어를 의미합니다.

마이크로컨트롤러

- 코어 + 여러 가지 크기와 다양한 종류의 메모리 + 여러 종류의 주변장치 + 여러 종류의 입출력 포트

- 여러 응용분야에 필요로 하는 주변기기들을 한 칩 내에서 모두 제공합니다.

- 시스템 보드의 칩의 개수를 줄임

  경박단소합니다.(가볍고, 얇고, 짧고, 작은 특성)

  시스템을 성능 및 크기, 그리고 가격을 최적화합니다.

  제품을 제작 시 제품의 개발 기간 및 가격을 최소화합니다.

  제품의 용도에 맞게 프로그램의 변경만으로 적용할 수 있어 적용성 우수합니다.

  부품 수가 적고 시스템 구성이 간단하여 신뢰성이 향상됩니다.

마이크로컨트롤러, 임베디드 프로세서

임베디드 프로세서

- 원래는 마이크로 컨트롤러를 의미합니다.

- CPU코어, 메모리, 주변장치, 입출력장치에 다양한 종류의 네트워크 장치가 추가되는 형태입니다.

  10/100BaseT MAC(Medium Access Control for Internet)

최근의 임베디드 프로세서 - 주변장치 선택형

주변 장치들을 프로그래머블하게 만들어서 사용자가 원하는 정확한 규격대로 주변장치를 선택적으로 구성

칩 내부의 자원낭비를 줄일 수 있습니다.

알테라사의 ARM core를 채택한 SOPC

- PLD를 이용해서 IP를 구현

- IP : 반조체 설계자산 혹은 지적재산

- www.altera.com

임베디드 프로세서의 분류

기능에 따른 분류 : 의미없습니다.

많은 업체에서 여러 종류의 칩을 각각 특별한 기능을 내장하고 여러 응용분야에서 사용하기 때문입니다.

데이터 버스의 크기, 산술처리기 및 레지스터들의 크기에 따른 분류

- 8비트 프로세서 : 응용목적이 간단한 경우

- 16비트 프로세서 : 중간 정도의 복잡도를 가지는 응용분야

- 32비트 프로세서 : 내장형 시스템 시장에서 주류

- 64비트 프로세서 : 몇몇 업체에서만 제공

명령어 구조에 따른 분류

- Complex Instruction Set Computer(CISC)

- Reduced Instruction Set Computer(RISC)

임베디드 프로세스의 분류 CISE, RISC

프로세서의 타입

- 프로세서가 제공한 명령어 세트의 복잡도

- Complex Instruction Set Computer(CISC) : 

  복장한 명령어를 지원하는 프로세서, 

  1980년대 이후 마이크로프로세서 시장에 처음 선을 보입니다.

  인텔, 모토로라 프로세서

- Reduced Instruction Set Computer

  단순한 명령어 세트를 지원하는 프로세서

  MIPS와 ARM의 임베디드 프로세서

RISC와 CISC 두 종류의 임베디드 프로세서의 차이점

- CISC 복잡한 많은 수의 명령어를 해독하는데 많은 실리콘을 사용합니다.

- RISC 작은 명령어 세트로 인하여 남는 실리콘을 다른 유용한 목적으로 사용합니다.

  이전 RISC와 CISC의 관계는 서로의 우월성을 주장하던 관계입니다.

  최근 성숙한 단계로 접어들어서 상호간의 장단점을 CPU구조에 적절하게 반영하여 최적의 성능 제공합니다.

RISC와 CISC의 특징

구분	CISC	RISC
CPU instruction	명령어 개수가 많고 그 길이가 다양하며 실행 사이클도 명령어마다 다름	데이터 버스 크기가 모두 동일, 실행 사이클도 모두 동일
회로 구성	복잡	단순
메모리 사용	높은 밀도 메모리 사용이 효율적	낮은 밀도의 명령어 사용으로 메모리 사용이 비효율적
프로그램 측면	명령어를 적게 사용	상대적으로 많은 명령어가 필요, 파이프라인 사용
컴파일러	다양한 명령을 사용하므로 컴파일러가 복잡해짐	명령어 개수가 적어서 단순한 컴파일러 구현 가능

소프트웨어로 하드웨어를 제어하는 임베디드 소프트웨어란

CPU Peripheral 내부에 있는 특정 레지스터들의 값을 설정하는 실행코드입니다.