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빠르고 가벼운 임베디드 시스템을 개발하자!

'에이콘 임베디드 시스템 프로그래밍' 시리즈, 제28권 『닷넷 마이크로 프레임워크를 활용한 임베디드 마이크로컨트롤러 프로그래밍』. 하드웨어 자원이 부족한데다가 크기가 작은 디바이스에서도 C#뿐 아니라, 비주얼 스튜디오를 활용하여 빠르고 가벼운 임베디드 시스템을 개발할 수 있도록 구성했다.

특히 윈도우 CE는 물론, 닷넷 컴팩트 프레임워크로 리소스가 제한된 소형 임베디드 디바이스에서 관리형 코드를 실행하는 데 사용되는 런타임 환경인 닷넷 마이크로 프레임워크를 활용한다. 닷넷 마이크로 프레임워크에서 지원하는 기능과 특징을 실용적인 예제와 함께 세밀하게 설명하고 있다.

또한 관리형 드라비어버를 사용해서 하드웨어 컴포넌트에 접근하는 방법은 물론, DPWS로 디바이스의 웹서비스를 사용하고 제공하는 방법을 가르쳐준다. 풍부한 GUI를 이용해서 애플리케이션을 작성하는 방법도 익힐 수 있다. 닷넷 프레임워크를 기반으로 한 소프트웨어 개발자가 저술하여 실질적인 노하우가 넘쳐난다.

〈 소개 〉

마이크로소프트의 닷넷 마이크로 프레임워크는 윈도우 CE와 닷넷 컴팩트 프레임워크용으로 리소스가 제한된 소형 임베디드 디바이스에서 관리형 코드를 실행하는 데 사용되는 런타임 환경이다.

이 책은 닷넷 마이크로 프레임워크와 관련 툴에 대한 소개로 시작해서 사용 가능한 디바이스를 소개하고 기본 클래스 라이브러리 전체를 설명한다. 그런 다음에는 관리형 드라이버를 사용해서 하드웨어 컴포넌트에 접근하는 방법과 DPWS(Device Profile for Web Services)로 디바이스상의 웹서비스를 사용하고 제공하는 방법을 설명한 후 풍부한 GUI를 이용해서 애플리케이션을 작성하는 방법을 알려준다. 이 책에서는 실용적이면서 응용해서 사용할 수 있는 샘플과 팁을 많이 다루고 있으므로 프로젝트를 새로 생성하는 데 도움이 될 것이다.


닷넷 마이크로 프레임워크 소개

마이크로소프트의 닷넷 마이크로 프레임워크는 작고 효율적인 닷넷 런타임 환경으로, 윈도우CE와 닷넷 컴팩트 프레임워크를 구동하기에는 하드웨어 자원이 부족하고 규모가 매우 작은 디바이스상에서 관리형 코드(managed code)를 실행하는 데 사용된다.


닷넷 마이크로 프레임워크 특징

닷넷 마이크로 프레임워크는 지금까지 나온 제품 중 가장 규모가 작으며, 닷넷 프레임워크와 닷넷 컴팩트 프레임워크 기능의 일부만 제공한다. 윈도우 CE는 관리형 코드와 닷넷 컴팩트 프레임워크를 지원하지만 적어도 12MB의 램을 필요로 하는 반면, 하드웨어에서 바로 실행되는 닷넷 마이크로 프레임워크는 겨우 300KB 정도의 램만 필요하다. 닷넷 마이크로 프레임워크는 32비트 프로세서를 필요로 한다. 닷넷 마이크로 프레임워크는 MMU가 필요 없어 윈도우 CE용보다 저렴한 프로세서에서 실행할 수 있다.

[장점]

■ (다른 임베디드 플랫폼에 비해) 저렴한 개발 비용
■ (다른 임베디드 플랫폼에 비해) 빠른 시장 출시 가능성
■ (다른 관리형 플랫폼에 비해) 저렴한 하드웨어 비용
■ (다른 관리형 플랫폼에 비해) 작은 하드웨어 사이즈
■ (다른 관리형 플랫폼에 비해) 낮은 전력 소비량
■ 특정 칩셋이나 보드 벤더에게 한정되지 않는 일반성
■ 마이크로소프트의 중요 임베디드 전략


닷넷 마이크로 프레임워크 버전과 개발환경

닷넷 마이프로 프레임워크가 제공하는 기능과 특징을 이해하는 데 가장 효과적인 방법은 책에서 설명하는 예제를 직접 실행해 보는 것이다. 닷넷 마이크로 프레임워크 기반의 임베디드 소프트웨어 개발은 다음 준비사항이 필요하다.

- 비주얼 스튜디오
- 닷넷 마이크로 프레임워크 SDK
- 닷넷 마이크로 프레임워크가 포팅된 타겟 플랫폼

이 중 타겟 플랫폼은 당장 필요하지는 않다. 닷넷 마이크로 프레임워크 SDK에 기본적으로 포함된 에뮬레이터가 당장은 타겟 플랫폼 역할을 대신할 수 있기 때문이다. 따라서 이 책에서 설명하는 닷넷 마이크로 프레임워크 기능을 알아보고 관련 예제를 실행해 보는 데는 비주얼 스튜디오와 닷넷 마이크로 프레임워크 SDK 두 가지면 충분하다. 물론 어느 정도 단계에 이르면 타겟 플랫폼이 필요할 때가 온다.

이 책에서 다루는 닷넷 마이크로 프레임워크 버전은 2.5이다. 이 버전의 닷넷 마이크로 프레임워크용 개발 툴로는 비주얼 스튜디오 2005 프로페셔널 에디션이 필요하다. 여러분이 이미 비주얼 스튜디오 2005 프로페셔널 에디션을 사용하고 있다면 그 상태에서 닷넷 마이크로 프레임워크 버전 2.5용 SDK만 설치하면 되겠지만, 그렇지 않다면 먼저 비주얼 스튜디오 2005 프로페셔널 에디션을 설치해야 한다. 비주얼 스튜디오 2005 프로페셔널 에디션(평가판을 포함)을 구해서 설치하는 것은 독자 개개인의 몫으로 남겨둔다.

앞에서 설명했듯이 이 책은 닷넷 마이크로 프레임워크 버전 2.5를 기반으로 쓰였으며 관련 예제도 2.5를 기반으로 한다. 책에 소개된 프로젝트를 실행하기 위해 다음 사이트에서 닷넷 마이크로 프레임워크 SDK 버전 2.5를 내려 받아 사용할 수 있다.
http://www.microsoft.com/downloads/details.aspx?FamilyId=EB0EF2A6-03E2-402C-89A4-A636BD0080C5&displaylang=en


〈 옮긴이의 말 〉

내가 처음으로 닷넷 마이크로 프레임워크를 알게 된 때는 2007년 여름이다. 당시 나는 임베디드 제품을 개발하는 다양한 제조사를 대상으로 상용 임베디드 소프트웨어를 공급하는 일을 하는 중이었고, 마이크로소프트에서 닷넷 마이크로 프레임워크라는 새로운 임베디드 플랫폼을 내놓았다는 사실에 관심을 갖게 됐다.

닷넷 마이크로 프레임워크는 MMU가 없는 ARM7 프로세서 같은 저성능 프로세서에서 동작하면서도 WPF(Windows Presentation Foundation)를 기반으로 한 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)와 일부 보안 기능이 포함된 TCP/IP 스택을 지원한다. 그러면서도 마이크로소프트의 기존 임베디드 플랫폼보다 메모리를 훨씬 적게 사용한다는 이점을 지닌다.
닷넷 마이크로 프레임워크는 제한적인 리소스로 동작해야 하는 경량 하드웨어 플랫폼상에서 마이크로소프트의 닷넷 기술을 사용한 임베디드 애플리케이션 개발을 가능케 해주는 소프트웨어 플랫폼이다.

닷넷 마이크로 프레임워크의 애플리케이션 개발 환경은 데스크탑 응용프로그램용 개발 툴로서 전 세계적으로 가장 많이 사용되는 강력한 개발 툴인 비주얼 스튜디오다. 이 훌륭한 개발 툴을 임베디드 애플리케이션 개발에 사용할 수 있다는 점은 상당히 고무적인 일이라는 말에 반대하는 사람은 거의 없을 것이다. 더군다나 닷넷 마이크로 프레임워크 최신 버전인 3.0의 개발 환경은 비주얼 스튜디오 2008 익스프레스 에디션으로서, 누구나 간단한 사용자 등록 절차만 마치면 무료로 기간 제약 없이 얼마든지 사용할 수 있다. JTAG 디버거 등 제대로 된 임베디드 시스템 개발 장비와 개발 환경을 갖추려면 상당한 비용이 들어간다는 점을 고려해볼 때 비주얼 스튜디오 2008 익스프레스 에디션의 닷넷 마이크로 프레임워크 지원은 닷넷 마이크로 프레임워크의 대중화에 큰 기여를 할 것이다.

요즘 임베디드 시스템은 텍스트 기반의 사용자 인터페이스에서 터치를 지원하는 컬러 그래픽 사용자 인터페이스로 바뀌고 있다. 이는 PC, 휴대폰, 네비게이션, 휴대용 멀티미디어 플레이어 등에서 제공하는 화려한 사용자 인터페이스에 익숙해진 사용자의 기대에 부응하기 위한 자연스러운 추세라고 할 수 있다. 또 이런 추세를 뒷받침할 수 있을 만큼 관련 하드웨어 부품 가격도 예전에 비해 상당히 저렴해졌다. 소프트웨어적인 측면에서는 닷넷 마이크로 프레임워크에서 제공하는 그래픽 사용자 인터페이스가 바로 이런 요구사항을 만족시킬 수 있을 것으로 기대한다.

이 책은 닷넷 마이크로 프레임워크에서 지원하는 여러 가지 기능과 특징을 실용적인 예제와 함께 아주 자세히 설명한다. 저자가 원래 닷넷 프레임워크를 기반으로 한 소프트웨어 개발자이기 때문에 닷넷 프레임워크 기술에 대해서 상당한 지식을 지녔다. 그렇기 때문에 저자는 자신이 지닌 노하우를 책에서 아낌없이 설명한다. 특히 DPWS와 확장 가능한 에뮬레이터에 대한 설명은 어디에서도 찾아볼 수 없는 자세한 내용을 담고 있으므로 닷넷 마이크로 프레임워크에 포함된 도움말만으로는 이해하기 어려운 내용을 예제와 함께 공부할 수 있을 것이다.

책에서 설명하는 예제 프로젝트의 대부분은 닷넷 마이크로 프레임워크 SDK에 포함된 에뮬레이터에서 실행해볼 수 있다. 이 책을 통해 닷넷 마이크로 프레임워크의 개념과 지원 기능을 손쉽게 습득하길 바란다. 또한 습득한 지식을 바탕으로 닷넷 마이크로 프레임워크가 제공하는 풍부한 기능을 충분히 활용해서 멋진 임베디드 애플리케이션을 작성할 수 있기를 바란다.

1장 닷넷 마이크로 프레임워크 소개
닷넷 마이크로 프레임워크란
닷넷 마이크로 프레임워크의 역사
동기
과거의 임베디드 시스템 개발
다른 접근 방법
관리형 코드의 장점
닷넷 마이크로 프레임워크의 위치
닷넷 마이크로 프레임워크에서 불가능한 것
라이선스
닷넷 마이크로 프레임워크의 장점
닷넷 마이크로 프레임워크와 윈도우 사이드쇼
기술 개요
부팅 가능한 런타임 환경 소개
구조
닷넷 마이크로 프레임워크 컴파일
타겟 플랫폼
플랫폼 포팅
더 많은 정보를 위한 링크
정리

2장 디바이스
프리스케일 i.MXS 개발 키트
디바이스 솔루션 사의 메리디언과 타호
메리디언 CPU
타호 개발 키트
디지 인터내셔널 사의 임베디드 개발 제품
디지 커넥트 ME
디지 커넥트코어 9P 9215
SJJ 임베디드 마이크로 솔루션 임베디드 개발 키트
크로스보우 사의 Imote2.NET 에디션
모듈
멀티센서 보드
개발 키트
아데니오 사의 포팅 제품
PHYTEC phyCORE-LPC3180
Atmel AT91SAM9261
GHI 일렉트로닉스 사의 임베디드 마스터
임베디드 마스터 모듈
개발 키트
엠트리온 HiCO.ARM9
HiCO.ARM9 코어 모듈
개발 키트
정리

3장 시작하기
시스템 준비
시스템 요구사양
닷넷 마이크로 프레임워크 SDK의 설치
비주얼 스튜디오와 닷넷 마이크로 프레임워크의 사용
새 프로젝트 만들기
첫 번째 닷넷 마이크로 프레임워크 애플리케이션
비주얼 스튜디오 워크스페이스
프로젝트 속성 설정
애플리케이션의 빌드, 배치, 실행, 디버깅
닷넷 마이크로 프레임워크 SDK
파일 구조
기본 클래스 라이브러리 런타임 어셈블리
MFDeploy 툴
TFConvert 툴
정리

4장 닷넷 마이크로 프레임워크의 기본 클래스 라이브러리 소개
진단을 위한 텍스트 출력
프로그램 실행 멈추기
시스템 시간과 표준 시간대 설정
타이머의 사용
문자열의 사용
System.String 클래스
문자열 연결
문자열 인코딩
배열의 사용
다차원 배열
바이트 배열의 결합
배열의 일부 요소 추출
바이트 배열 이외 배열의 연결과 복사
정수와 바이트 배열
컬렉션의 사용
ArrayList 클래스
ArrayList 클래스의 사용
숫자 처리
10진 실수
16진수 출력
숫자의 파싱
수학 관련 함수
예외 처리
예외 발생
예외 처리
Finally 블록
다양한 예외 타입의 처리
예외로부터 정보 얻기
예외의 재발생
정리

5장 하드웨어 접근
GPIO 포트란
출력 포트
입력 포트
인터럽트 포트
엣지에서 발생하는 인터럽트
레벨에 따라 발생하는 인터럽트
Tristate 포트
RS232 직렬 포트
SerialPort 클래스
데이터 보내기
데이터 받기
요청-응답 접근
핀 사용과 예약
핀 예약이란
HardwareProvider 클래스
커스텀 하드웨어 프로바이더
I2C 버스
닷넷 마이크로 프레임워크에서의 I2C 디바이스 사용
10비트 주소의 사용
TI TMP100 온도 센서를 위한 관리형 드라이버
I2C 하드웨어 프로바이더
SPI 버스
닷넷 마이크로 프레임워크에서의 SPI 디바이스 사용
AD124S101 AD 컨버터용 관리형 드라이버
SPI용 하드웨어 프로바이더
기타 하드웨어
PWM
파일시스템을 갖춘 대용량 저장 장치
USB
전원과 충전 상태 정보를 얻는 방법
프로세서의 속도 정보 얻기
시스템 식별
정리

6장 네트워킹
소켓
Socket 클래스
TCP
UDP
네트워크 설정
소켓 심층 분석
웹서비스
DPWS의 구조
서비스 탐색
서비스 기술
제어
이벤트
DPWS 심층 분석
정리

7장 무선 통신
무선 랜
블루투스
지그비
Z-웨이브
무선 통신 기술의 비교
블루투스, 지그비, Z-웨이브 모듈을 위한 URL
정리

8장 암호화
XTEA: 대칭 알고리즘
XTEA의 사용
닷넷과 닷넷 컴팩트 프레임워크의 XTEA
RSA: 비대칭 알고리즘
키 조합을 이용하는 일반적인 시나리오
개인 키와 공용 키의 생성
RSA를 이용한 인코딩과 디코딩
전자서명의 생성과 인증
정리

9장 닷넷 마이크로 프레임워크의 고급 프로그래밍 기법
멀티스레딩과 동기화
스레드의 사용
동기화
이벤트
위크 델리게이트
실행 제한 시간
바이너리 직렬화
사용법
스토리지 포맷과 설정
어트리뷰트를 이용한 직렬화 설정
참고, 힌트, 교훈
다른 디바이스와의 데이터 교환
플래시 메모리에 데이터 영구 저장
정리

10장 세계화와 지역화
리소스
리소스의 생성과 편집
리소스 작업
컬처
커스텀 컬처의 생성과 설치
날짜, 시간 및 숫자에 대한 포맷
현재 컬처의 저장
다국어용 애플리케이션
위성 어셈블리
위성 어셈블리의 생성
실행 시 언어 변경
정리

11장 그래픽스와 GUI
Bitmap 클래스를 이용한 그리기
비트맵의 사용
비트맵을 디스플레이로 출력
색의 사용
사각형 그리기
타원 그리기
이미지 그리기
텍스트 출력
사용자 입력을 처리하는 인터페이스
WPF
첫 번째 WPF 애플리케이션
Application 클래스
출력 엘리먼트의 계층 구조
Panel 컨테이너를 이용한 엘리먼트의 배치
브러시를 사용하는 컨트롤의 배경
엘리먼트 주위에 테두리선 그리기
셰이프의 출력
Text 엘리먼트
TextFlow 엘리먼트
ScrollViewer 엘리먼트
리스트상자 메뉴
사용자 입력과 이벤트의 처리
커스텀 UI 엘리먼트 만들기
정리

12장 하드웨어 에뮬레이션
하드웨어 에뮬레이션을 사용하는 이유
에뮬레이션이 가능한 하드웨어의 종류
에뮬레이터의 사용자 인터페이스
확장 가능 에뮬레이터
에뮬레이터 시작하기
에뮬레이터 프로젝트 템플릿
에뮬레이터 컴포넌트 4
EmulatorComponent 클래스
재사용 가능한 에뮬레이터 컴포넌트의 공유
에뮬레이터 컴포넌트에 대한 새 라이브러리 프로젝트 생성
XML 설정
프로그램과 XML 설정
컴포넌트 등록
기존 컴포넌트의 삭제와 업데이트
컴포넌트 속성
속성 값의 파싱
format 지정자
복합 데이터 타입
type 지정자
배열 속성
컴포넌트 컬렉션
에뮬레이터에 대한 모든 것
에뮬레이터 클래스 멤버
에뮬레이터 스타트-업 프로세스
연결된 컴포넌트
등록된 컴포넌트의 사용
에뮬레이터 디버깅
커맨드라인 옵션
에뮬레이터와 레지스트리
정리

13장 에뮬레이터 컴포넌트
GPIO 포트
XML 설정
입력 포트
출력 포트
에뮬레이터와 GUI 스레드의 동기화
GpioCollection의 MaxPorts 속성
직렬 포트
에뮬레이터와 애플리케이션 간 통신
다른 윈도우 애플리케이션과의 데이터 교환
실제 하드웨어 컴포넌트와의 직렬 데이터 교환
하이퍼터미널을 이용한 직렬 데이터 교환
클라이언트로 동작하는 소켓과의 데이터 교환
I2C 버스
I2cDevice 컴포넌트
I2cBus 컴포넌트
TI TMP100 온도 센서용 에뮬레이터 컴포넌트
SPI 버스
SpiDevice 컴포넌트
SpiBus 클래스
ADC124S101 AD 컨버터용 에뮬레이터 컴포넌트
에뮬레이터 타이밍
프로세서 스피드의 시뮬레이션
컨티뉴에이션
컴플리션
타이머
오실레이터 컴포넌트
메모리 관리
영구적인 플래시 메모리의 에뮬레이션
배터리 셀의 시뮬레이션
LCD 디스플레이
정리