★ 이 책의 대상 독자 ★ 학부 고학년부터 대학원 저학년 학생과 임베디드 시스템의 공학 이론을 이해하고 싶은 엔지니어와 컴퓨터 연구원에게 적합한 책이다. 독자가 머신 구조(예를 들어 ALU이 무엇인지 알아야 한다)와 컴퓨터 프로그래밍(이 책 전반에 걸쳐 C 언어를 사용한다), 기본 이산 수학과 알고리즘, 적어도 신호와 시스템에 대한 인식(예를 들어 연속적인 시간 신호를 샘플링하는 것이 무엇을 의미하는지)에 대해 이해가 있다고 가정하고 설명한다. ★ 이 책의 구성 ★ 모델링, 설계, 분석이라는 세 가지 주요 부로 나눠져 있다. 세 부는 서로 독립적이고 동시에 읽을 수 있다. 총 8개의 세그먼트를 통해 체계적으로 읽을 수 있으며, 각 세그먼트당 2주씩, 총 15주 안에 이 책을 완전하게 다룰 수 있다. ★ 옮긴이의 말 ★ 임베디드 시스템하면 보통 노트북이나 태블릿, 패드, 휴대폰을 떠올릴 것이다. 그렇다면 임베디드 시스템이란 정확히 무엇일까? 나는 임베디드 시스템을 개발하면서 임베디드 시스템의 메모리나 CPU 등의 물리적 제약 사항을 주로 고려할 뿐 근본적인 임베디드 시스템의 정의나 특성을 파악한 적은 없었다. 이 책은 보통 순차적인 가상 세계와 병렬적인 물리적 세계를 통합한 가상 물리 시스템의 모델링 및 설계, 분석에 대한 공학 이론을 제공해 임베디드 시스템의 정의와 특성을 이해하고, 임베디드 시스템 모델 및 구현과의 관계를 파악할 수 있도록 돕는다. 임베디드 시스템이 실시간성이나 안전성에 민감하다면 이런 개념의 이해는 필수적이다. 기존 임베디드 시스템 책들은 물리적 시스템에만 집중하거나 프로그래밍 언어나 운영체제 혹은 최적화 기법 같은 소프트웨어 측면의 컴퓨터 과학에만 집중했다. 혹은 특정 주제를 너무 심도 있게 다뤄 임베디드 시스템을 개괄적으로 알기 원하는 입문자에게는 적합하지 않았다. 이 책은 물리적 서브시스템이 연산 및 네트워킹과 결합된 시스템인 가상 물리 시스템CPS을 통해 임베디드 시스템을 소개하며, 모델과 시스템 구현의 관계에 대한 ‘입문’ 과정을 제공한다. 임베디드 시스템 입문자를 위해 여러 학과의 임베디드 시스템 관련 지식을 체계적으로 정리하고 결합해 임베디드 시스템의 구현과 분석을 위한 원칙적이고 과학적인 접근 방식을 제시하며, 모델 기반 시스템 설계와 임베디드 소프트웨어에 집중하고 있다. 이 책이 여러 학과의 지식을 결합된 가상 물리 시스템을 다루기 때문에 한 학과의 지식에 익숙한 일반적인 독자는 처음 보는 용어나 개념이 등장해 어렵다고 느낄 수 있다. 하지만 임베디드 시스템 업계에서 함께 일하는 사람들의 배경 지식을 이 책을 통해 경험할 수 있고, 다양한 기본 이론을 이해하고 실제 임베디드 시스템에 적용하려고 노력하면 더 견고한 임베디드 시스템을 만들 수 있을 것이다. 이 책은 가상 물리 시스템을 위한 모델링, 설계, 분석의 세 가지 주요 프로세스를 설명한다. 이를 통해 가상 물리 시스템을 어떻게 설계하고 구현하는지 이해하는 것이 목적이다. 그리고 대학에서 교재로 사용하기 적합하도록 구성돼 있고, 이해를 돕는 많은 예제가 포함돼 있다. 또한 각 장은 관련된 카테고리로 묶여있고 각 장 사이의 연관성도 명확하게 표현돼 있어 책을 읽을 때 원하는 부분을 먼저 읽을 수 있다. 이미 53개국의 282 기관에서 이 책을 사용했으며, 구성이나 예제들을 보며 저자들이 정성 들여 쓴 책임을 느낄 수 있었다. 이 책은 운영체제 교과서처럼 임베디드 시스템의 기본 이론을 설명하고 있다. 이 책이 더 의미가 있으려면 독자가 임베디드 시스템을 구현하거나 분석할 때 이런 이론들을 적용하려고 노력해야 한다. 보통 이런 노력은 시간이 많이 필요하고 기술적으로 어렵지만 이를 통해 한 단계 더 성장할 수 있다고 믿는다. 이 책이 임베디드 관련 학계와 업계에 계시는 분들의 지식에 조금이라도 도움이 되길 바란다. - 정병혁 최근 사물인터넷이나 전장(automotive)이라는 용어는 너무도 많이 접하게 되는 용어다. IT업계에서는 이 두 가지 분야를 차세대 비즈니스로 중요하게 생각하고 있으며, 이를 위해 임베디드 시스템도 빠르게 변화하고 있는 추세다. 시중에 나와 있는 많은 임베디드 시스템 책과는 다르게 이 책은 시스템의 가상(cyber) 및 물리적인 부분에 의한 물리적 프로세스와 연산을 통합해 시스템의 공학 이론과 시스템 설계 프로세스에 접근하는 방법을 소개한다. 첫 부분에서는 시스템을 센서나 액추에이터와 같은 물리적 시스템과 소프트웨어나 알고리즘 같은 개념적, 논리적 시스템으로 구분하고 있으며, 시간에 따른 시스템의 상태가 어떻게 변하는지를 모델링하는 역학과 시스템의 속성이라고 하는 모델을 소개한다. 시스템 설계를 위해 필요한 메모리 구조와 계층 및 속성, 멀티태스킹 및 실시간 스케줄링, 동기화 등의 운영체제 개념들을 소개하고 있으며, 이를 이용해 하드웨어와 소프트웨어, 연산과 물리적 프로세스의 전반적인 고려를 통해 시스템을 구현할 수 있는 방법을 습득할 수 있는 내용을 다룬다. 임베디드 시스템에서 소프트웨어와 하드웨어가 물리적 환경과 어떻게 상호작용하는지는 매우 중요한 요소 중 하나다. 이를 위해 연산과 물리적 역학을 결합하는 모델과 추상화를 이용해 임베디드 시스템에 접근하는 방법을 보여줌으로써 독자에게 많은 도움을 줄 수 있을 것이다. 이 책을 통해 임베디드 시스템의 공학 이론에 대한 이해를 얻을 수 있기를 바란다. - 이일영

1장. 소개 __1.1 애플리케이션 __1.2 동기 부여 예제 __1.3 설계 프로세스 ____1.3.1 모델링 ____1.3.2 설계 ____1.3.3 분석 __1.4 요약 1부. 역학 행동 모델링 2장. 연속 역학 __2.1 뉴턴 역학 __2.2 액터 모델 __2.3 시스템의 속성 ____2.3.1 인과관계 시스템 ____2.3.2 메모리리스 시스템 ____2.3.3 선형성과 시불변 ____2.3.4 안정성 __2.4 피드백 제어 __2.5 요약 __연습문제 3장. 이산 역학 __3.1 이산 시스템 __3.2 상태의 개념 __3.3 유한 상태 기계 ____3.3.1 전이 ____3.3.2 반응 발생 시점 ____3.3.3 업데이트 함수 ____3.3.4 결정성과 수용성 __3.4 확장 상태 기계 __3.5 비결정론 ____3.5.1 형식 모델 ____3.5.2 비결정성 사용 __3.6 동작과 추적 __3.7 요약 __연습문제 4장. 하이브리드 시스템 __4.1 모달 모델 ____4.1.1 상태 기계의 액터 모델 ____4.1.2 연속 입력 ____4.1.3 상태 세분 __4.2 하이브리드 시스템의 종류 ____4.2.1 타임드 오토마타 ____4.2.2 고차 역학 ____4.2.3 감시 제어 __4.3 요약 __연습문제 5장. 상태 기계 결합 __5.1 동시 결합 ____5.1.1 병행 동기 결합 ____5.1.2 병행 비동기 결합 ____5.1.3 공유 변수 ____5.1.4 직렬 결합 ____5.1.5 일반적 결합 __5.2 계층적 상태 기계 __5.3 요약 __연습문제 6장. 동시 연산 모델 __6.1 모델 구조 __6.2 동기 반응 모델 ____6.2.1 피드백 모델 ____6.2.2 Well-Formed와 Ill-Formed 모델 ____6.2.3 고정점 구성 __6.3 데이터 흐름 연산 모델 ____6.3.1데이터 흐름 원칙 ____6.3.2동기식 데이터 흐름 ____6.3.3동적인 데이터 흐름 ____6.3.4구조화된 데이터 흐름 ____6.3.5프로세스 네트워크 __6.4 타임드 연산 모델 ____6.4.1 시간 트리거 모델 ____6.4.2 이산 이벤트 시스템 ____6.4.3 연속 시간 시스템 __6.5 요약 __연습문제 2부. 임베디드 시스템 설계 7장. 센서와 액추에이터 __7.1 센서와 액추에이터 모델 ____7.1.1 선형 아핀 모델 ____7.1.2 범위 ____7.1.3 동적 범위 ____7.1.4 양자화 ____7.1.5 노이즈 ____7.1.6 샘플링 ____7.1.7 고조파 왜곡 ____7.1.8 신호 조정 __7.2 일반 센서 ____7.2.1 틸트와 가속도 측정 ____7.2.2 위치와 속도 측정 ____7.2.3 회전 측정 ____7.2.4 사운드 측정 ____7.2.5 기타 센서 __7.3 액추에이터 ____7.3.1 발광 다이오드 ____7.3.2 모터 제어 __7.4 요약 __연습문제 8장. 임베디드 프로세서 __8.1 프로세서 종류 ____8.1.1 마이크로컨트롤러 ____8.1.2 DSP 프로세서 ____8.1.3 그래픽 프로세서 __8.2 병렬성 ____8.2.1 병렬성과 동시성 ____8.2.2 파이프라이닝 ____8.2.3 명령어 레벨 병렬성 ____CISC 명령어 ____서브워드 병렬성 ____슈퍼스칼라 ____VLIW ____8.2.4 멀티코어 구조 __8.3 요약 __연습문제 9장. 메모리 구조 __9.1 메모리 기술 ____9.1.1 램 ____9.1.2 비휘발성 메모리 __9.2 메모리 계층 구조 ____9.2.1 메모리 맵 ____9.2.2 레지스터 파일 ____9.2.3 스크래치패드와 캐시 ____기본 캐시 구성 ____직접 매핑된 캐시 ____집합 연관 캐시 __9.3 메모리 모델 ____9.3.1 메모리 주소 ____9.3.2 스택 ____9.3.3 메모리 보호 장치 ____9.3.4 동적 메모리 할당 ____9.3.5 C에서 메모리 모델 __9.4 요약 __연습문제 10장. 입력과 출력 __10.1 입출력 하드웨어 ____10.1.1 펄스 폭 변조 ____10.1.2 범용 디지털 I/O ____10.1.3 직렬 인터페이스 ____10.1.4 병렬 인터페이스 ____10.1.5 버스 __10.2 동시 세계에서의 순차적 소프트웨어 ____10.2.1 인터럽트와 예외 ____10.2.2 원자성 ____10.2.3 인터럽트 제어기 ____10.2.4 인터럽트 모델링 __10.3 요약 __연습문제 11장. 멀티태스킹 __11.1 명령형 프로그램 __11.2 스레드 ____11.2.1 스레드 생성 ____11.2.2 스레드 구현 ____11.2.3 상호 배제 ____11.2.4 데드락 ____11.2.5 메모리 일관성 모델 ____11.2.6 스레드 문제 __11.3 프로세스와 메시지 전달 __11.4 요약 __연습문제 __12장. 스케줄링 __12.1 스케줄링 기초 ____12.1.1 스케줄링 결정 ____12.1.2 작업 모델 ____12.1.3 스케줄러 비교 ____12.1.4 스케줄러 구현 __12.2 비율 단조 스케줄링 __12.3 최단 마감 우선 ____12.3.1 우선순위를 갖는 EDF __12.4 스케줄링과 상호 배제 ____12.4.1 우선순위 역전 ____12.4.2 우선순위 상속 프로토콜 ____12.4.3 우선순위 상한 프로토콜__12.5 멀티프로세서 스케줄링 ____12.5.1 스케줄링 이상 현상 __12.6 요약 __연습문제 3부. 분석과 검증 13장. 불변성과 시간 논리 __13.1 불변성 __13.2 선형 시간 논리 ____13.2.1 명제 논리 공식 ____13.2.2 LTL 공식 ____G 연산자 ____F 연산자 ____X 연산자 ____U 연산자 ____13.2.3 LTL 공식의 사용 __13.3 요약 __연습문제 14장. 등가와 세분 __14.1 명세로서의 모델 __14.2 타입 등가와 세분 __14.3 언어 등가와 포함 __14.4 시뮬레이션 ____14.4.1 시뮬레이션 관계 ____14.4.2 형식 모델 ____14.4.3 이행성 ____14.4.4 시뮬레이션 관계의 비고유성 ____14.4.5 시뮬레이션과 언어 포함 __14.5 이중 시뮬레이션 __14.6 요약 __연습문제 15장. 도달성 분석과 모델 검사 __15.1 열린 시스템과 닫힌 시스템 __15.2 도달성 분석 ____15.2.1 Gp 분석 ____15.2.2 명시적 상태 모델 검사____15.2.3 기호 모델 검사 __15.3 모델 검사 추상화 __15.4 모델 검사 라이브니스 속성 ____15.4.1 오토마타로서의 속성 ____15.4.2 허용 사이클 찾기 __15.5 요약 __연습문제 16장. 정량 분석 __16.1 관심 있는 문제 ____16.1.1 극단적인 경우 분석 ____16.1.2 임곗값 분석 ____16.1.3 평균 경우 분석 __16.2 그래프로서 프로그램 ____16.2.1 기본 블록 ____16.2.2 제어 흐름 그래프 ____16.2.3 함수 호출 __16.3 실행 시간 결정 요소 ____16.3.1 루프 제한 ____16.3.2 지수적 경로 공간 ____16.3.3 경로 실행 가능성 ____16.3.4 메모리 계층 __16.4 실행 시간 분석 기본 ____16.4.1 최적화 공식화 ____흐름 제약 ____전체 최적화 문제 ____16.4.2 논리적 흐름 제약 조건 ____루프 제한 ____실행 불가능한 경로 ____16.4.3 기본 블록에 대한 경계 __16.5 다른 정량 분석 문제 ____16.5.1 메모리 경계 분석 ____16.5.2 전원과 에너지 분석 __16.6 요약 __연습문제 17장. 보안과 프라이버시 __17.1 암호화 기본 요소 ____17.1.1 암호화와 복호화 ____대칭키 암호화 ____공개키 암호화 ____17.1.2 디지털 서명과 안전한 해시 함수 ____안전한 해시 함수 ____디지털 서명 ____메시지 인증 코드 __17.2 프로토콜과 네트워크 보안 ____17.2.1 키 교환 ____디피-헬먼 키 교환 ____키의 일정 시간 후 릴리스 ____기타 기법 ____17.2.2 암호화 프로토콜 설계 __17.3 소프트웨어 보안 __17.4 정보 흐름 ____17.4.1 예제 ____17.4.2 이론 ____17.4.3 분석과 시행 __17.5 심화 주제 ____17.5.1 센서와 액추에이터 보안 ____위협 모델 ____대책 ____17.5.2 부채널 공격 __17.6 요약 __연습문제