[임베디드컴퓨터구조] 임베디드 시스템 H/W 구성 요소

Embedded System H/W

• 프로세서: 프로그램 명령어를 제어합니다.
• 메모리: 프로그램과 데이터를 저장합니다.
• 주변기기: 시스템과 외부 장치를 연결합니다.
• 네트워크 장치

PC H/W와 임베디드 시스템 H/W 비교

H/W	PC	Embedded System
프로세서	고성능	필요에 따라 다름
메모리	대용량	필요에 따라 다름
보조기억장치	HDD, ODD, DVD 등	필요에 따라 유무
주변기기	키보드, 마우스, 스피커 등	필요에 따라 구성

프로세서

• 프로그램 실행을 담당
• 속도
  • 수백 MHz ~ GHz 클럭 속도
  • 8비트, 16비트, 32비트, 64비트
    • 데이터 버스 크기와 데이터 조작 단위에 따라 다름
• PC: Intel, AMD, NVidia
• Embedded System:
  • ARM, MIPS, Samsung, Apple, Google 등
  • ARM에서 프로세스 코어 라이브러리를 제공하면 각 제조사가 이를 이용하여 독자적 시스템 구성
  • Micro-Processor: CPU 코어만 포함 (데이터와 제어 부문)
  • Micro-Controller: CPU 코어와 다양한 타입/크기의 메모리, 주변기기를 포함

메모리/저장공간

• 프로그램과 데이터를 저장

• RAM: 휘발성 메모리

  • 주로 크기가 큰 프로그램이나 데이터를 저장하기 위해 사용
  • 임의 접근이 가능하며, 데이터가 영구 저장되지 않음
  • DRAM(Dynamic Random Access Memory)
    • 주로 대용량
    • 액세스에 수십 ns 소요
    • 주기적으로 refresh를 거치지 않으면 데이터 손실이 발생함
  • SRAM(Static Random Access Memory)
    • 주로 작은 용량에 빠른 속도
    • 캐시 메모리에 사용
    • 액세스에 수 ns 소요
  • 메모리의 어느 특성(집적도, 고속화)에 중점을 두느냐에 따라 로직이 달라짐

• Flash Memory: 비휘발성 메모리

  • 읽기, 쓰기, 삭제 동작 가능
  • 플래시 메모리는 EEPROM보다 저렴
  • 하지만 한 번에 한 블록 단위 읽기/쓰기로 제한
  • 빠른 읽기/쓰기 속도 (휘발성 DRAM보다는 느림)
    • 읽기: 수십 μs / 쓰기: 수백 μs / 삭제: 수 ms
  • 하드 디스크보다 충격에 강함
  • 휴대용 전자기기에서 인기, EEPROM과 HDD를 대체하고 있음

I/O 장치

• 외부 입력에 반응하고 작업을 수행
• 두 가지 방법으로 접근
  • Polling: 구현이 간단하나 지속적으로 I/O Register를 읽어야 함
  • Interrupt:
    • CPU Interrupt 핀에 신호를 주면 Interrupt Handling Routine을 통해 작업 수행
    • Polling보다 구현이 복잡하지만 CPU 자원 소모를 줄이고 Idle Time을 줄여 효율적
• 입력 장치
  • 키보드, 마우스, 마이크, 센서, 터치패드 등
• 아날로그 신호를 디지털 정보를 변환
  • 아날로그 신호: 아날로그 온도 센서 값 등
  • ADC(Analog Digital Converter) 사용
    • 온도 변화 -> 아날로그 센서 인풋 -> ADC로 변환 -> 제어 프로그램 -> 온도 출력
• 출력 장치
  • LED: 출력 신호 on/off
  • 7-Segment: 숫자나 알파벳 표현
  • LCD: 그림 등
• 시리얼 포트
  • RS232C 표준
  • 수 m 연장 가능한 주변 장치를 연결
  • 느린 속도, 간단한 구성
• 병렬 포트
  • 시리얼 인터페이스보다 근거리
    • 프린터 인터페이스
  • 20KB/sec의 속도
• USB(Universal Serial Bus)
  • 다른 장치보다 빠름
  • USB 3.0
    • 다양한 기기에서 인기
    • 최대 전송 속도 ~5Gbps
    • 프린터, 스캐너, 키보드, 조이스틱 등
• IEEE 1394 (Firewire by Apple)
  • 최대 전송 속도 400Mbps ~ 3.2Gbps
  • HDD, CD/CD-RW, 카메라 등

네트워크 장치

• 원거리 주변 장치를 제어
• 케이블 네트워크
  • 이더넷
  • IEEE 802.3 표준
• 무선 네트워크
  • IEEE 802.11 표준 (a/b/g/n) - 와이파이
  • 블루투스 - PAN(Personal Area Network), 저전력, 낮은 대역폭
  • 지그비 - PAN(Personal Area Network), 저전력, 낮은 대역폭