[컴퓨터구조] 소규모 임베디드 시스템이란?

소규모 임베디드 시스템

 

소규모 임베디드 시스템은 주로 작은 기기에 내장되는(임베디드) 시스템이다. 주로 특정 목적을 위해 개발된 시스템으로, 크기가 작고 전력이 적게 소모되는 편이다. 초기의 임베디드 시스템은 정해진 운영체제 없이 작고 간단한 프로그램만으로 시스템 기능을 구현했지만, 점점 규모가 커지고 네트워크, 갖가지 기능이 필요하게 됨으로써 운영체제가 도입되었다.

 

운영체제는 4가지로 분류된다.

 

① 독립형 운영체제

특정 기능만 수행하도록 프로그램을 개발할 때 사용하는 운영체제

 

② 전용 운영체제

초기에 전용 운영체제를 개발하고 응용프로그램을 이어 개발하는 방식에 적용되는 운영체제

 

③ 실시간 운영체제

여러 성능(응답속도, 인터럽트, 이식성, 효율성 등)에 우수하게끔 제작한 운영체제. 실시간으로 작업을 처리해야 되는 임베디드 시스템에 주로 사용됨

 

④ 범용 운영체제

우리가 흔히 아는 Windows, Mac OS 등을 일컫는다. 각종 편의성이 갖춰진 툴 등이 함께 제공되기 때문에 쉽게 개발할 수 있는 반면, 실시간 운영체제보다 실시간으로 처리하는 성능이 다소 ᄄᅠᆯ어진다.

 

소규모 임베디드 시스템의 특징

 

- 검증된 성능(기술, 견고성, 보안 등)

- 하드웨어의 지원과 폭넓은 응용

- 다양한 종류의 네트워킹, 프로토콜 지원, 파일 시스템

- 비용이 저렴함

 

소규모 임베디드 시스템의 예

 

- IoT 및 지능혁 로봇의 핵심 요소

- 냉장고의 온도 제어 시스템

- 공장 자동화 시스템

 

 

ISA: ARM (Advanced RISC Machine)

 

주요 특징

 

RISC 기반 아키텍처로, 명령어 세트가 간결하고 효율적이며, 저전력을 지향함.

ARM 프로세서는 다양한 크기와 구성으로 제공되며, 이동 장치 및 임베디드 시스템에 적합.

 

구조 및 특징

 

단순하고 효율적인 명령어 구조. Thumb 모드를 사용하여 명령어 크기를 줄임.

저전력 고효율, 적은 면적을 위해 최적화된 구조를 가짐.

 

MIPS ISA와의 비교

 

1) 레지스터

 

 

R0~R15 까지 16개의 레지스터를 가지며, 특정 레지스터는 특수한 용도로 분리한다.

r13 : SP(스택 포인터) - 스택의 주소를 저장하는 레지스터

r14 : LR(링크 레지스터) - 되돌아갈 함수의 주소를 저장하는 레지스터

r15 : PC(Program Counter) - 현재 수행하고 있는 위치를 가리키는 카운터

그 외에 SPSR(Saved Program Statue Register : CPSR을 저장하는 역할), CPSR(Current Program Status Register : IRQ, 동작모드, 연산결과 등을 저장하는 역할) 등이 있다.

 

2) Thumb Mode, ARM Mode

Thumb Mode : ARM Mode의 절반인 16bit RISC

ARM Mode : 32bit RISC

 

유사점: RISC 기반 아키텍처를 사용하며, 명령어 집합이 간결하고 효율적임.

차이점: ARM은 주로 이동 장치와 임베디드 시스템에 사용되는 반면, MIPS는 보다 범용적인 목적으로 설계됨.