임베디드의 기초 원리부터 다양한 활용까지 한 권에 모두 담았다!

임베디드 기술을 처음 접하는 분이나 임베디드 엔지니어를 목표로 하는 분을 위해 쉽고 친절하게 집필된 ‘임베디드 교과서’를 소개합니다. 이 책은 사물인터넷 분야와 모바일 기기, 각종 전자 장비에서 빼놓을 수 없는 임베디드 소프트웨어 기술에 관해 설명합니다. 또한, 임베디드 개발환경에서 많이 사용하는 아두이노와 라즈베이 파이를 다루며, 임베디드 시스템 개발에 참여할 엔지니어가 알아 두어야 할 필수 지침과 자세 등을 저자의 경험적 측면과 소프트웨어 개발 원칙에 따라 설명합니다.

[목 차]

CHAPTER 1 임베디드 소프트웨어 엔지니어의 업무 1
01 임베디드 시스템이란? 3
임베디드 시스템의 중요성 3
임베디드 시스템과 PC, 서버는 어떻게 다른가? 4
02 임베디드 시스템의 특징 5
Nature: 자연 법칙의 취급 6
Time: 실시간성의 요구 7
Constraint: 엄격한 제약 사항 8
Reliability: 높은 신뢰성 9
제품별 NTCR 요구사항의 특징 9
03 임베디드 소프트웨어란? 10
소프트웨어의 종류 10
04 임베디드 소프트웨어 엔지니어의 업무 13
임베디드 소프트웨어 엔지니어가 속하는 조직 13
임베디드 소프트웨어의 규모에 따라 조직은 변한다 13
하청이 아닌 프로 서비스 14
05 임베디드 소프트웨어 엔지니어의 직종 16

CHAPTER 2 마이크로컴퓨터 하드웨어 19
06 임베디드 시스템의 구성 21
07 임베디드 마이크로컴퓨터의 구성 23
하드웨어의 종류 23
CPU와 마이크로컴퓨터 24
메모리 25
메모리의 종류 27
버스의 구성 29
메인 버스의 용도 29
로컬 버스 31
주변장치 34
주변장치의 제어 방식 36
08 CPU란? 38
CPU의 명령 실행 40
인터럽트 43

CHAPTER 3 임베디드 소프트웨어 47
09 임베디드 시스템의 소프트웨어 49
임베디드 소프트웨어의 종류 49
10 임베디드 소프트웨어를 개발하는 흐름 51
실제 빌드의 흐름 확인하기 53
11 어셈블리 언어로부터 알 수 있는 것 59
스타트업 루틴 61
main 함수가 호출될 때까지의 흐름 추적 61
메모리 맵 63
스택 64
스택과 인터럽트 65
12 임베디드 소프트웨어의 테스트 환경 68
ICE 68
13 임베디드 시스템 프로그래밍에서의 C언어 71
최적화 옵션의 장점과 단점 71
volatile 선언 71
unsigned와 signed 72
pragma 73
포인터와 배열 73
인터럽트 핸들러 74

CHAPTER 4 임베디드 시스템을 사용한 C언어 프로그래밍 77
14 아두이노의 하드웨어 확인하기 79
아두이노란? 79
아두이노 우노의 하드웨어 구성 80
마이크로컴퓨터의 데이터 시트 조사하기 82
데이터 시트와 보드 맞춰 보기 84
ATmega328P의 내부 구성과 커넥터와의 관계 88
15 LED를 ON/OFF하는 실험 93
LED 실험의 개요 93
LED 접속 94
점멸 프로그램 작성하기 96
동작 확인 101
16 LED 실험 프로그램 이해하기 103
CPU의 관점에서 바라본 레지스터 제어 103
어셈블러에서 확인 103
17 LED 점멸 시간 지정하기 109
타이머의 이용 111

CHAPTER 5 실시간 운영체제 113
18 임베디드 시스템의 운영체제 115
운영체제란? 115
임베디드 운영체제가 필요한 이유 116
임베디드 운영체제를 사용할 때의 단점 121
19 임베디드 운영체제 사용해 보기 123
임베디드 운영체제의 동작 123
20 FreeRTOS 동작 배우기 128
FreeRTOS의 구성 128
FreeRTOS의 기본 동작 129
소스 코드의 실제 동작 131
21 임베디드 운영체제의 역사 136
임베디드 운영체제의 역사 136
임베디드 운영체제의 종류와 시대 배경 138
22 임베디드 운영체제의 선택 방법 142
임베디드 운영체제의 선정 포인트 142

CHAPTER 6 스마트 디바이스 145
23 데이터 주도 사회 147
데이터의 활용 147
24 스마트 디바이스 149
스마트 디바이스란? 149
스마트 디바이스의 사용 예 150
스마트 디바이스의 구성 152

CHAPTER 7 임베디드 리눅스 161
25 임베디드 리눅스 163
리눅스 운영체제를 사용하는 이유 163
리눅스 운영체제가 동작하는 하드웨어 구성 164
리눅스 운영체제가 동작하는 소프트웨어 구성 168
26 임베디드 리눅스 소프트웨어의 개요 170
프로세스 170
스레드 171
IPC 171
커널 172
시스템 콜 인터페이스 175
27 임베디드 리눅스의 빌드와 기동 179
이용할 하드웨어 179
라즈베리 파이 3B+의 리눅스 배포판 181
라즈베리 파이 3B+에서 Yocto를 기동하기까지의 흐름 183
Yocto에서의 빌드 실행 183
28 임베디드 리눅스의 동작 확인 187
Yocto 재빌드에 의한 자체 개발환경의 도입 187
sysfs의 이용 196
오픈 소스 소프트웨어의 이용 198
임베디드 리눅스 개발에서 주의해야 할 포인트 203

CHAPTER 8 임베디드 소프트웨어의 개발 프로세스 207
29 임베디드 시스템의 라이프사이클 209
30 임베디드 시스템의 개발 방법 211
동시 개발 211
프런트 로딩 212
임베디드 소프트웨어 개발 프로세스의 V자 모델 213
임베디드 소프트웨어 개발 프로세스 214
31 시스템 요구 정의 216
32 시스템 아키텍처 설계 218
33 소프트웨어 요구 정의 223
34 소프트웨어 아키텍처 설계 225
35 소프트웨어 상세 설계 228
36 구현, 단위 테스트 229
37 소프트웨어 결합, 통합 테스트 232
38 소프트웨어 타당성 확인 테스트 235
39 시스템 결합, 통합 테스트와 시스템 타당성 확인 테스트 236
40 제품 출하 237

CHAPTER 9 사물인터넷/인공지능 시대의 임베디드 소프트웨어 개발 239
41 산업혁명과 임베디드 시스템 241
제1차 산업혁명 241
제2차 산업혁명 242
제3차 산업혁명 243
제4차 산업혁명 245
42 DX 시대의 임베디드 시스템 개발 247
기능 배치의 변화 247
43 임베디드 엔지니어의 학습방법 253
수파리 이론 253
표준적인 개발 방법 배우기 254
자신이 직접 정보를 제공하면 다른 정보도 수집된다 255

APPENDIX A Arduino IDE/Yocto의 설치 257
44 Arduino IDE를 윈도우 10에서 설치하기 259
Arduino IDE의 입수 259
Arduino IDE의 설치 262
AVR 명령의 동작 확인 266
45 Yocto 빌드 환경의 준비 267
dash의 전환 267
빌드에 필요한 패키지 설치 267
프록시의 설정이 필요할 때 268
46 라즈베리 파이 3의 Yocto 환경 구축 271
Yocto의 버전 271
Yocto의 환경 구축 271
Yocto 환경의 셋업 272

찾아보기 276






[본 문]

임베디드 시스템은 외부 세계(시스템의 외부)의 변화를 감지하여 마이크로컴퓨터로 처리해 결과를 외부 세계로 피드백한다. 이런 동작은 IPO(Input, Processing, Output)라고도 불린다. 예를 들어, 가장 단순하게 생각해 볼 수 있는 시스템으로 자동문이 있다. 자동문은 인체 감지 센서나 거리 센서 등을 사용해 마이크로컴퓨터가 사람이 접근한 것을 감지하고, 액추에이터를 가동해서 문을 자동으로 열고 닫는다. 오피스 빌딩의 화장실에 있는 자동 라이트도 사람을 센서로 감지하여 라이트의 점등과 소등을 제어하는 시스템이다.
_16페이지

C언어는 일반적으로 사용되는 고급 언어이지만, 임베디드 시스템의 프로그래밍에서는 주의해야 할 점이 몇 가지 있다. 대부분의 임베디드 시스템은 제약 사항으로 메모리(ROM/RAM) 용량에 제한이 있거나 처리 시간에 제약이 있기 때문에 프로그램을 최적화해야 한다. 이때에 컴파일러의 최적화 옵션을 사용하여 프로그램 구조를 최적화함으로써 제약 사항을 지키도록 한다. 단, 컴파일 시의 최적화에 따라 프로그램이 의도하지 않는 동작을 하는 경우도 있다.
_71페이지

FreeRTOS는 오픈 소스로 개발된 실시간 운영체제다. FreeRTOS는 사용할 수 있는 마이크로컴퓨터의 종류가 많아서 특정 마이크로컴퓨터의 사용 방법을 습득하면 다른 마이크로컴퓨터에서도 활용할 수 있다. RTOS로서의 기본 기능을 한정해서 구성했기 때문에 코드 크기가 작아 ROM 용량을 압박하지 않는 설계로 되어 있다. 필요에 따라 사용하지 않는 기능을 줄여 코드 크기를 보다 더 줄일 수도 있다.
_123페이지

임베디드 시스템은 다양한 영역에서 제품이나 시스템으로 이용된다. 이러한 제품이나 시스템은 웹이나 애플리케이션 등과는 달리 하드웨어로 판매 및 제공, 이용되고 있다. 임베디드 시스템의 가장 큰 특징은 하드웨어라는 실물이 존재하고, 거기에 컴퓨터가 탑재되어 있다는 점이다.
_209페이지

임베디드 엔지니어들은 최신 기술을 따라잡으면서 업무를 진행해 나가지 않으면 안 된다. 그러나 최신 기술도 기반이 되는 기술이 있으며, 그 기반 기술을 응용하여 최신 기술이 태어난다. 최신의 마이크로컴퓨터라도 완전히 새로운 것은 없다. 근간이 되는 마이크로컴퓨터가 있기 때문에 새롭게 기능과 성능이 향상되는 것이다. GPU도 예전 GPU가 하던 것과 기본적으로는 차이가 없다. 기본적인 기능은 DSP에서의 신호 처리와 동일하다. 최신의 통신 모듈 제어도 기존의 통신 모듈과 거의 동일하다. 새로운 기술을 두려워하지 말고 새로운 기술을 사용한다는 기쁨을 즐길 수 있기 바란다.
_253페이지

아두이노와 라즈베리 파이를 이용한 최신 실전 기술 수록!
임베디드 엔지니어를 목표로 하는 사람과 신입 임베디드 엔지니어를 위한 필독서!

이 책은 하드웨어 및 소프트웨어 지식, 임베디드 프로그램의 개요, 실시간 운영체제, 임베디드 소프트웨어의 개발 프로세스뿐만 아니라 사물인터넷/인공지능 시대의 임베디드 소프트웨어에 대해서도 상세히 다루고 있습니다. 또한, 앞으로 임베디드 시스템을 개발할 엔지니어가 개발환경에 참가하기 전에 알아 두어야 할 필수 사항을 수록했습니다. 특히, 마이크로컴퓨터 보드가 단순한 블랙박스가 아닌, 실제로 어떻게 동작하는지에 대해 그 구조를 이해하고 문제를 해결할 수 있도록 충분한 내용을 담았습니다.

다른 책이나 인터넷 등에도 아두이노나 라즈베리 파이에 관한 다양한 정보가 있지만, 대부분이 센서에 접속하거나 서버 설정 방법을 설명하는 정도입니다. 하지만 이 책에서는 독자가 시중에서 구하기 쉬운 소형 마이크로컴퓨터 아두이노와 고성능 마이크로컴퓨터를 탑재한 라즈베리 파이를 활용해서 마이크로컴퓨터나 운영체제를 화이트박스로서 이해하는 것과 함께, 개발환경에서 이용되는 소형 마이크로컴퓨터부터 고성능 마이크로컴퓨터까지 응용하는 것을 목표로 합니다.

와타나베 노보루(渡辺 登)
전자 제품 제조사에서 통신 시스템의 개발 및 프로세스 개선 업무를 진행하였고, IPA(독립행정법인정보처리추진기구) 연구원으로서 임베디드 기술자 육성 업무를 담당하였다. 2010년부터는 주식회사 아프렐에서 레고 마인드스톰을 이용한 인재 육성을 기획하였으며, 현재는 NPO 법인 임베디드 소프트웨어 관리자이며, 기술자 육성 연구회 이사로 재직 중이다. 또한, 합동회사 와타나베 기술연구소 및 주식회사 ‘for Our Kids’를 창업하여 자체 제작한 교재용 로봇의 개발, 영업 등의 업무를 맡고 있다.

마키노 신지(牧野 進二)
사업자용 ISDN, PHS용 교환기의 임베디드 소프트웨어 개발 및 유지보수를 시작해 스마트폰, IVI 및 방송 기기용 하드웨어 개발(회로 설계, FPGA 설계) 등의 경력을 쌓았다. 개발 기술뿐만 아니라 임베디드 개발 프로세스 개선, 소프트웨어 유지보수 방법의 개선 등 개발 관리, 임베디드 기술자의 교육 등도 진행했다. 저서로는 《ETSS 표준 가이드 북》, 《임베디드 시스템 개발을 위한 임베디드 소프트웨어 기술》이 있다. 최근에는 IoT 기기 등 임베디드 제품의 보안 대책과 관련한 연구 활동도 하고 있다.




옮긴이 정인식
숭실대학교에서 전자계산학을 전공하였다. 사회 초년생 시절 자바에 심취해 현대정보기술에서 웹 애플리케이션을 개발하였고, 그 후 이동통신 단말기 분야로 옮겨 휴대전화 단말기의 부가서비스 개발 업무를 진행하였다. 그리고 일본 키스코 모바일사업부의 팀장을 거쳐, 일본 교세라의 북미향 휴대전화기 개발에 참여하였다. 지금은 일본의 주요 이동통신사에서 업무 프로세스 개선을 위한 IT 컨설팅 및 데이터 분석 관련 도구를 개발하고 있다. 또한, 《알파고를 분석하며 배우는 인공지능》, 《빅데이터를 지탱하는 기술》, 《유니티 5로 만드는 3D/2D 스마트폰 게임 개발》, 《자바 마스터 북》, 《자바스크립트 마스터 북》 등을 비롯해 10여 종의 책을 번역하였다.