임베디드 SoC 개요

시스템온칩 (SoC : System on a Chip)

한 칩에 시스템 설계에 시 계

SOB (System on a board) : 한 보드에 시스템을 구성

별개의 칩으로 존재하던 메모리 마이크로프로세서 주변장치 등별개의 칩으로 존재하던 메모리, 마이크로프로세서, 주변장치 등이 한 개의 칩에 집적됨

개개의 컴포넌트 혹은 모듈(IP)들의 모임

RF 모듈, 아날로그 모듈, 특수기능의 ASIC 모듈,

주변기기 모듈 등주변기기 모듈 등

기존에 설계된 모듈들을 재활용기존에 설계된 모듈들을 재활용

ASIC과 ASSP( Application Specific Standard Products)를 포함

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IP (Intellectual Property)( op y)

■ SoC 내에 들어가는 개개의 모듈 혹은 컴포넌트

■ PCI, USB, IEEE1394, Audio Codec, MP3, MPEG, HomePNA, Bluetooth Wireless 802 11b 등Bluetooth, Wireless 802.11b 등

■ 기존의 IP를 다른 시스템에서 재사용 가능하도록 하는 것이 중요

■ 임베디드 시스템, PDA(Personal Digital Assistances), 가전기기, 노래방기기, 디지털 TV, 통신기기 등에서 이용됨기기, 디지털 TV, 통신기기 등에서 이용됨

■ 각 IP 에 대한 검증이 필수

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SoC 설계시 문제점들SoC 설계시 문제점들

■ Time to Market개발시간 단축이 요구됨개발시간 단축이 요구됨

■ 성능, 면적, 전력소모성공여부를 결정성공여부를 결정

■ 칩의 복잡도 증가검증이 어려워짐검증이 어려워짐

■ 설계흐름, 사용하는 CAD 툴, 설계지침의 변화

■ 내장된 프로세서 코어, 주변장치, 메모리, 소프트웨어 탑재를 위한 장치등이 함께 사용

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SoC 설계

■ 장점

- 저전력소모

- 고속 및 고성능

- 소형화 및 경량화

■ 단점

■ 해결책

기존에 수행되었던■ 단점

- 긴 개발시간

기존에 수행되었던

설계(IP)를 다시 사용개 시

- 설계의 복잡성이 증가

- 많은 개발비용

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SoC 필요성SoC 필요성■ 지속적인 시스템의 개발과 IP 사용의 증가

■ 시스템의 복잡성과 고기능성 요구의 증가

설계복잡성증가, 처리속도증가, 테스트비용증가

제품의 라이프 사이클 단축

■ 프로세서와 로직 디바이스 사이의 처리 지연시간 증가

HW와 SW의 d i 과 ifi ti■ HW와 SW의 co-design과 co-verification

■ 비용과 시간에 대한 부담

■ OS에 대한 필요성■ OS에 대한 필요성

규모의 증가, 동시에 여러 태스크 처리 필요,

네트워크 및 멀티미디어 기능필요네트워크 및 멀티미디어 기능필요

실시간처리,

디바이스드라이버와 응용프로그램개발시 개발환경필요

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디바이스드라이버와 응용프로그램개발시 개발환경필요

임베디드 시스템임베디드 시스템

하드웨어와 소프트웨어가 조합되어 특정한 목적을 수행하는 시스템하드웨어와 소프트웨어가 조합되어 특정한 목적을 수행하는 시스템

특정한 기능을 수행하도록 마이크로 프로세서와 입출력 장치를 내장하며특정한 기능을 수행하도록 마이크로 프로세서와 입출력 장치를 내장하며,

이를 제어하기 위한 프로그램이 내장되어 있는 우리의 일상 생활에서 사용

되는 각종 전자기기, 가전제품, 제어장치 등

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임베디드 시스템 응용분야임베디드 시스템 응용분야

정보 가전 : 세탁기, 오디오, 인터넷 냉장고, HDTV 등정 가전 세탁기, 디 , 인터넷 냉장 , H TV 등

제어분야 : 공장자동화, 가정자동화, 로봇 제어, 공정제어 등

정보 단말 : 핸드폰 PDA 스마트 폰 네비게이션 MP3 PMP DivX 플레이정보 단말 : 핸드폰, PDA, 스마트 폰, 네비게이션, MP3, PMP, DivX 플레이

어, 디지털 카메라 등

네트워크기기 : 교환기 Router 공유기 홈 게이트웨이 등네트워크기기 : 교환기, Router, 공유기, 홈 게이트웨이 등

게임기기 : 가정용 게임기(PS2, XBox), 지능형 장난감 등

항공/군용 비행기 우주선 로켓 야전 이동단말( )항공/군용 : 비행기, 우주선, 로켓, 야전 이동단말(GPS, GIS)

물류/금융 : ATM, RFID, 물류단말, 영업단말 등

차량/교통 : 자동차, ITS 등

사무, 의료 : 전화기, 프린터, Heart pacer, 수술로봇

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정보단말기정보단말기

정보단말기

단순한 통화 중심의 이동 전화기에서 각종 정보검색, 오락, 메시징 등의 복합 기

능이 수행되는 디지털 정보단말기기로 발전

단말기기 각각의 기능에 맞는 마이크로프로세서, 메모리, 운영체제, 응용 프로그

램 등으로 구성

앞으로는 다양한 단말기기가 하나의 기기로 통합될 것으로 예상됨

핸드폰, PDA, 스마트 폰, MP3 플레이어, PMP, 게임기기 등핸드폰, PDA, 스마트 폰, MP3 플레이어, PMP, 게임기기 등

9한국기술교육대학교임베디드SoC설계및실습

게임기게임기

고성능 프로세서 탑재성능 세서 재

마이크로소프트의 Xbox

소니의 playstation 2소니의 playstation 2

닌텐도 게임보이 어드벤스 (nintendo

gameboy advance)g y )

32-Bit ARM 프로세서

2.9인치 TFT 스크린.9인치 TFT 린

32,768 색상을 지원하는 휴대형 게임

장치

10한국기술교육대학교임베디드SoC설계및실습

물류/금융/사무용기기물류/금융/사무용기기

물류/금융

물류 : POS 단말기

금융 : 자동 현금 입출금기 혹은 ATM 단말기

사무용기기사무용기기

프린터, 스캐너, 팩스, 복사기, 이들의 기능을 하나로 모은 복합기 등

11한국기술교육대학교임베디드SoC설계및실습

공장자동화공장자동화

공장자동화 : FA ( Factory Automation )

특정 기계나 장비를 통해 생산 과정을 자동적으로 관리하는 시스템특정 기계나 장비를 통해 생산 과정을 자동적으로 관리하는 시스템

센서와 제어 시스템, 로봇 등으로 구성하여 무인시스템을 구축

공장 자동화 및 로봇은 실시간 시스템과 임베디드 시스템 발전의 원동력

생산성증대: 인건비감소, 오류감소, 품질의 균일화, 생산기간단축

로봇, conveyor belt

12한국기술교육대학교임베디드SoC설계및실습

교통

자동차의 엔진 및 각종 제어 시스템, 무인 자동화 시스템자동차의 엔진 및 각종 제어 시 템, 무인 자동화 시 템

지능형 교통시스템(ITS : Intelligent Transport Systems) 등

13한국기술교육대학교임베디드SoC설계및실습

임베디드 시스템 전망임베디드 시스템 전망

Smart CitizenSmartTown

Smart Home

Smart Citizen

홈서버

정보가전

홈 네트워크

퍼스널 서버

웨어러블 단말

P l A N t k

웹서비스 서버

임베디드 시스템

Ubi it N t k

서버

클라이언트

통신망 홈 네트워크

홈 서비스

Personal Area Network

모바일 서비스

Ubiquitous Network

유비쿼터스 서비스

통신망

서비스유형

정보통신 시스템, 단말기, 자동제어 시스템에 수요 증가에 따른 임베디드 시스템 수요 급증

14한국기술교육대학교임베디드SoC설계및실습

임베디드 시스템의 특징임베디드 시스템의 특징

마이크로 프로세스/컨트롤러를 비롯한 하드웨어와 소프트웨어를 내장마이크로 프로세스/컨트롤러를 비롯한 하드웨어와 소프트웨어를 내장

(embedded)하여 특정한 기능을 수행

수행하는 기능은 미리 정해 진다. 고신뢰성

소형, 경량, 저전력

가격에 민감하다

저전력화경량화최적화

마이크로가격에 민감하다

안정성이 뛰어나야 한다.멀티미디어지원

네트워크지원

마이크로프로세서

Real-time 기능을 필요로 하는 시스템이 많다.

15한국기술교육대학교임베디드SoC설계및실습

Realtime (RT) 시스템Realtime (RT) 시스템

주어진 입력 조건을 주어진 시간 내에 처리하는 시스템

리얼타임 시스템의 종류

하드 리얼타임 시스템하드 리얼타임 시스템

리얼타임이 보장되지 않으면 시스템에 치명적인 오류를 유발

대 의 제어 기기대부분의 제어용 기기

예) 공장 자동화 등

소프트 리얼타임 시스템

주어진 시간 내에 결과를 출력하지 않아도 시스템 전반에 큰 영향이

없는 시스템

예) 네트웍 장비

16한국기술교육대학교임베디드SoC설계및실습

임베디드 시스템의 구성임베디드 시스템의 구성

하드웨어

프로세서(컨트롤러), 메모리 장치(ROM,RAM),

입출력 장치(네트워크 장치, 센서, 구동기 등)

소프트웨어소프트웨어

운영체제(OS), 시스템 S/W, 응용 S/W

17한국기술교육대학교임베디드SoC설계및실습

하드웨어 구조하드웨어 구조

ROM, Flash, DRAM, SRAM

키보드 마우스 LCD 모니터키보드, 마우스, 터치스크린

LCD, 모니터

ARM, PowerPC, MIPS, …

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하드웨어 동작하드웨어 동작

ARM, PowerPC, MIPS, …

DMA

RAMROM

UARTLCDLCD

19한국기술교육대학교임베디드SoC설계및실습

임베디드용 CPU 종류

i386

오랜 기간의 사용으로 안정성 확보

PC와 동일한 개발 환경 구성

ARM

간단한 명령어 사용하고, 개발 환경이 간단하다.

전력 소모가 작아서 휴대폰이나 PDA같은 휴대 단말기에 많이 사용

PowerPCPowerPC

강력한 네트워크 기능을 포함한 SoC로 널리 알려짐

M68K

네트워크 장비 및 휴대 단말기에서 많이 사용

MIPS

고속의 처리 능력고속의 처리 능력

고속 네트워크 장비등에 많이 사용

20한국기술교육대학교임베디드SoC설계및실습

마이크로 프로세서와 SoC마이크로 프로세서와 SoC

마이크로 프로세서(Micro-processor)는 한 개의 IC칩 속에 CPU의 모든 내

용을 내장한 칩을 말한다.

레지스터, 산술 논리 연산 장치, 제어 장치를 하나의 IC 칩에 구현

한 개의 IC칩 속에 CPU뿐만 아니라 다양한 입출력 장치를 포함하는 SoC 형

태로 발전되고 있다태로 발전되고 있다.

21한국기술교육대학교임베디드SoC설계및실습

MCU MPU와 SoCMCU, MPU와 SoC

SoC (System on Chip)SoC (System on Chip)

여러 개의 반도체 부품이 하나로 집적되는 기술 및 제품

근래의 프로세서는 메모리 I/O 장치를 포함한 시스템 기능을 칩 하나에근래의 프로세서는 메모리, I/O 장치를 포함한 시스템 기능을 칩 하나에

구성하는 SoC 형태를 가지고 있다.

프로세서(CPU) 메모리 DSP 로직 IC 등 반도체부터 소프트웨어에 이프로세서(CPU), 메모리, DSP, 로직 IC 등 반도체부터 소프트웨어에 이

르기까지 단일 칩으로 구현

MCU MPUMCU, MPU

프로세서를 내장하고 있는 SoC를 말한다.

제조회사 및 사용자에 따라 MCU(Micro Controller Unit) 또는

MPU(Micro Processor Unit)라 부른다.

22한국기술교육대학교임베디드SoC설계및실습