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