임베디드 시스템 1: 소개

소개

오늘의 임베디드 시스템 소개 과정에서는 마이크로시스템이 무엇이고, 마이크로시스템을 정의하는 규칙은 무엇인지 배우게 됩니다.

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임베디드 시스템이란?

이는 문제의 핵심을 파악하기 위해 스스로에게 던져야 할 근본적인 질문입니다. 임베디드 시스템은 특정 작업에 특화된 자율적인 전자 및 컴퓨터 시스템으로 정의됩니다. 이것이 바로 특정 작업에만 전념하는 컴퓨터가 아니라 대부분 사람들에게 유용하도록 다기능을 갖춘 컴퓨터와의 가장 큰 차이점입니다. 그러므로 컴퓨터는 임베디드 시스템이 아니다.

임베디드 시스템 수업에서 우리는 종종 “시스템 온 칩” 또는 SOC에 대해 이야기하는데, 영어로는 System on a Chip을 뜻합니다.

임베디드 시스템에는 영어 용어가 많지만, 각 용어에 대한 프랑스어 번역을 제공합니다. 이 과정에서는 System On Chip에 대해 설명하기 위해 마이크로시스템이라는 용어를 사용합니다.

마이크로시스템은 프로세서, 메모리, 주변장치로 구성됩니다.

미시체계의 7가지 원칙

미시시스템을 특성화하기 위한 7가지 원칙은 다음과 같습니다. 1. 내장된 마이크로시스템은 숨겨져 있다는 것을 의미합니다. 사실, 토스터, 전기 히터, 전자레인지 등 모든 일상 전자제품에는 전자장치가 내장되어 있지만, 이러한 제품 중 어떤 것에서도 외부에서 전자카드를 볼 수 없습니다. 2. 그는 단 하나의 일만 할 수 있다. 예를 들어, 토스터는 커피만 만들 수 있습니다. 3. 필요하고 충분해야 합니다. 즉, 비용이 증가하지 않도록 전자 칩의 크기가 너무 커서는 안 된다는 의미입니다. 가장 좋은 마이크로시스템은 효과가 있고 비용이 많이 들지 않는 시스템입니다. 4. 미시체계는 소비를 적게 해야 합니다. 실제로, 우리는 리모컨처럼 전자 제품이 주요 에너지 소비원이 되는 것을 원하지 않습니다. 5. 매우 작아야 합니다. 예를 들어, 우리는 전자 카드 때문에 토스터의 크기가 두 배로 커지는 것을 원하지 않습니다. 6. 까다로운 환경에도 견고해야 합니다. 실제로 전자 카드는 여름과 겨울에도 사용할 수 있으므로 매우 높거나 매우 낮은 온도를 견뎌야 합니다. 또한 이러한 마이크로시스템은 판매될 시장의 온도를 존중해야 합니다.

상업 시장 온도: [0°C; 85°C]산업 시장 온도: [-20°C; 125°C]우주 시장 온도: [-40°C; 150°C]

7. 마지막으로, 임베디드 시스템은 자율적이어야 합니다. 즉, 전자 카드 자체에서 사용자 개입 없이 작동해야 합니다.

심장의 성능

여러분이 프로젝트를 진행한다면, 여러 가지 마이크로시스템 중에서 선택해야 할 것입니다. 그러니 어느 것이 여러분의 원하는 것에 가장 적합한지 알기 위해 두 가지를 비교해야 할 것입니다. 이것이 우리가 귀하에게 성과 비교 기준을 제공하는 이유입니다.

데이터 버스의 크기

여러 가지 크기가 있습니다: 8; 16비트 또는 32비트. 크기가 클수록 데이터를 더 빨리 전달할 수 있습니다.

프로세서 아키텍처

데이터 버스와 마찬가지로 프로세서도 8, 16, 32비트가 될 수 있습니다. 32비트 프로세서는 같은 시간 안에 8비트 프로세서보다 더 많은 계산을 수행할 수 있습니다.

임베디드 보조 프로세서

앞서 살펴본 것처럼, 마이크로시스템은 특정 작업에 전념합니다. 글쎄요, 프로세서와 똑같습니다. 예를 들어 추가하는 일만 할 수 있을 겁니다. 마지막으로, 프로세서가 곱셈이나 나눗셈을 에뮬레이트하기 위해 덧셈이나 뺄셈 루프를 실행하도록 할 수 있습니다.

그러나 더 큰 곱셈의 경우 프로세서가 계산하는 데 시간이 걸릴 수 있습니다. 이것이 우리가 특정 작업, 특히 필요한 경우 곱셈에 사용될 보조 프로세서를 추가하는 이유입니다.

다음 기준을 제시하기에 앞서, 미시시스템의 중요한 개념인 지침에 대해 살펴보겠습니다. 이것이 바로 미시체계에 요구되는 일입니다. 예를 들어, 추가 사항은 지침에 해당할 수 있습니다. 다음 기준에 따라 마이크로시스템이 요청된 명령을 수행하는 데 걸리는 클록 틱 수를 계산합니다. 명령어는 MIPS/MHz로 계산되는데, 이는 클록 틱당 실행되는 명령어 수와 메가 헤르츠를 의미합니다.

수확량

프로세서의 효율성은 프로세서가 클록 틱 동안 단축된 시간 안에 많은 계산을 수행할 수 있는 능력을 말합니다.

이러한 성능은 해당 프로세서 제조업체에서 제공합니다. 더 잘 이해하실 수 있도록 예를 들어 보겠습니다.

마이크로칩 칩:

8비트
0.25 MIPS/MHz
최대 주파수: 40MHz

여기서는 0.25 MIPS/Mhz의 8비트 Microship 칩을 볼 수 있습니다. 즉, 명령어를 실행하려면 4번의 클록 틱이 필요합니다.

또한 최대 주파수가 표시됩니다. 그것이 무슨 용도로 쓰이는지 바로 알아보겠습니다.

최대 작동 주파수

마이크로시스템의 최대 주파수는 프로세서가 주어진 작업에 대해 최대로 작동하는 주파수입니다. 하지만 프로세서가 항상 이 값에서 작동하는 것은 아니며, 요청된 작업이 중요한지 중요하지 않은지에 따라 달라집니다. 주파수를 낮추면 마이크로시스템의 전력 소모가 줄어듭니다.

Microchip 칩의 예를 들어보면 최대 주파수가 40MHz일 때 0.25MIPS/MHz가 되는데 이는 초당 10메가 명령어(0.25 * 40)를 제공합니다.

처음 5가지 기준은 하드웨어와 관련이 있었고, 이제 마지막 기준인 소프트웨어 기준을 살펴보겠습니다.

컴파일러

전자공학에서는 마이크로시스템을 C 언어로 프로그래밍합니다. 이 언어를 사용하면 카드를 쉽게 제어할 수 있습니다.

하지만 마이크로시스템은 기계어, 즉 어셈블리어만 이해하므로 컴파일러가 필요합니다. 컴파일러는 C 언어 명령어를 마이크로시스템이 이해할 수 있는 이진 명령어로 변환합니다.

컴파일러는 품질 기준입니다. 실제로 컴파일러가 20줄의 어셈블리를 생성하면 30줄의 어셈블리를 생성하는 컴파일러보다 효율적입니다. 게다가 메모리도 덜 필요하므로 비용도 낮아집니다. 컴파일러에게 크기에 따라 컴파일을 요청할 수도 있는데, 이는 가능한 가장 적은 어셈블리 줄을 의미하고, 속도에 따라 컴파일을 요청할 수도 있는데, 이는 프로그램을 빠르게 실행해야 한다는 것을 의미합니다. 가능한 타협안은 조립 라인을 너무 많이 차지하지 않으면서 속도를 최적화하는 것입니다.