임베디드 프로세서 종류 (시스템, 설계, 하드웨어, 솔루션의 특징 개념)

임베디드 프로세서 종류 (시스템, 설계, 하드웨어, 솔루션의 특징 개념)

임베디드 프로세서 입문

내장형 시스템 개발 순서

- 임베디드 프로세서 종류 선정

- 운영체제의 선정

- 프로그램 개발환경의 구축

- 시스템을 개발

[임베디드 시스템, 설계, 하드웨어, 솔루션 특징]

임베디드 프로세서

- 중앙처리장치(Central Processing Unit 또는 CPU)

- 임베디드 프로세서, 프로세서 코어(core), 혹은 간단하게 코어(core)

- 데이터부(Datapath Unit)

  : 레지스터, ALU(Arithmetic Logic Unit), BUS

  : 곱셈기 : 멀티미디어 데이터의 신속한 처리

- 컨트롤부(Control Unit)

  : 데이터부의 각 모듈에서 실행될 수 있도록 모든 제어 신호를 발생하는 역할을 수행

마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러

마이크로프로세서 vs. 마이크로컨트롤러

마이크로프로세서

- 임베디드 프로세서 종류들은 한 개의 칩으로 구현

- 데이터부와 제어부가 들어있는 코어를 의미

마이크로컨트롤러

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

- 여러 응용분야에 필요로 하는 주변기기들을 한 칩 내에서 모두 제공

- 시스템 보드의 칩의 개수를 줄임

  : 경박단소 (經博短小)

  : 시스템을 성능 및 크기, 그리고 가격을 최적화

  : 제품을 제작 시 제품의 개발 기간 및 가격 최소화

  : 제품의 용도에 맞게 프로그램의 변경만으로 적용할 수 있어 적용성 우수

  : 부품 수가 적고 시스템 구성이 간단하여 신뢰성이 향상된다

마이크로컨트롤러 vs. 임베디드 프로세서

임베디드 프로세서 종류

- 원래는 마이크로컨트롤러를 의미

- 마이크로컨트롤러를 확장한 개념으로도 사용

- CPU 코어, 메모리, 주변 장치, 입출력장치에 다양한 종류의 네트워크 장치가 추가되는 형태

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

[임베디드 시스템, 설계, 하드웨어, 솔루션 특징] Netsilicon NET

임베디드 프로세서 종류

최근의 임베디드 프로세서 - 주변장치 선택형

- 주변 장치들을 프로그래머블(programmable)하게 만들어서 사용자가 원하는 정확한 규격대로 주변장치를 선택적으로 구성

  : 칩 내부의 자원 낭비를 줄일 수 있음

예 : Cypress MicroSystems의 PSoC™ 마이크로컨트롤러

- counter 혹은 timer를 구성할 때 8/16/24/32bit counter/timer 중에서 하나를 선택

- ADC(Analog to Digital Converter) 경우 : 6-Bit SAR ADC, 8-Bit SAR ADC, 8 to 14-Bit Incremental ADC, 12-Bit Incremental ADC, 8-Bit Delta-Sigma ADC, 11-Bit Delta-Sigma ADC, 들 중에서 하나를 선택 (www.cypressmicro.com) 

[임베디드 시스템, 설계, 하드웨어, 솔루션 특징] Cypress MicroSystems의 PSoC™ 마이크로컨트롤러

알테라(Altera)사의 ARM core를 채택한 SOPC(system-ona-programmable-chip)

- PLD를 이용해서 IP를 구현

  : IP (Intellectual Property) : 반도체 설계자산 혹은 지적재산

- PLD를 ASIC화 해주는 Hard-copy Devices 프로그램을 지원

- www.altera.com

[임베디드 시스템, 설계, 하드웨어, 솔루션 특징] ARM-based Excalibur Embedded Processor

임베디드 프로세서 분류

기능에 따른 분류 : 의미 없음

- 많은 업체에서 여러 종류의 칩을 각각 특별한 기능을 내장하고 여러 응용분야에서 사용하기 때문

데이터 버스의 크기, 산술처리기(Arithmetic Logic Unit) 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 프로세서 분류 - CISC, RISC

‰프로세서의 타입

- 프로세서가 제공하는 명령어 세트 (Instruction Set)의 복잡도

- Complex Instruction Set Computer(CISC)

  : 복잡한 명령어를 지원하는 프로세서

  : 1980년대 이후 마이크로프로세서 시장에 처음 선을 보임

  : 인텔, 모토로라 프로세서

- Reduced Instruction Set Computer(RISC)

  : 단순한 명령어 세트를 지원하는 프로세서

  : 임베디드 프로세서 종류로는 MIPS와 ARM

RISC와 CISC 두 종류의 임베디드 프로세서의 차이점

- CISC : 복잡한 많은 수의 명령어를 해독하는데 많은 실리콘을 사용

- RISC : 작은 명령어 세트로 인하여 남는(CISC보다) 실리콘을 다른 유용한 목적으로 사용

  : 이전 : RISC와 CISC의 관계는 서로의 우월성을 주장하던 관계

  : 최근 : post RISC: 성숙한 단계로 접어들어서 상호 간의 장단점을 CPU 구조에 적절하게 반영하여 최적의 성능 제공

CISC, RISC의 특징

구분	CISC	RISC
CPU instruction	명령어 개수가 많고, 그 길이가 다양하며 실행 사이클도 명령어마다 다름	명령어 길이는 고정적이며, 워드와 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 컴파일 러가 복잡해짐	명령어 개수가 적어서 단순한 컴파일러 구현 가능

폰 노이만 아키텍처

[임베디드 시스템, 설계, 하드웨어, 솔루션 특징] 폰노이만 아키텍처

하버드 아키텍처

‰두 개의 메모리 구성

- 프로그램 메모리

- 데이터 메모리

동시에 2개의 메모리 접근 가능

- 메모리 대역폭(bandwidth) 증가

대부분의 DSP (Digital Signal Processor) 임베디드 프로세서 종류가 선택

[임베디드 시스템, 설계, 하드웨어, 솔루션 특징] 하버드 아키텍처

임베디드 프로세서 종류 (시스템, 설계, 하드웨어, 솔루션의 특징 개념)