| ★ 이 책에서 다루는 내용 ★
■ 임베디드 시스템을 위한 훌륭한 아키텍처 원칙
■ 임베디드 프로젝트를 성공적으로 만드는 데 도움을 주는 설계 관례
■ 디지털 신호 처리, 안전 필수 원칙, 개발 프로세스를 비롯해 임베디드 시스템의 일부분을 이루는 세부 원칙
■ 임베디드 시스템을 위한 사용자 인터페이스 개발 방법
■ 임베디드 시스템 테스팅과 배포 전략, 품질 개발 프로세스 보장 전략
■ 성능, 메모리, 전력에 대한 임베디드 소프트웨어 최적화 실무 기술
■ 임베디드 시스템을 위한 다중 코어 소프트웨어 개발 고급 가이드라인
■ 네트워킹, 스토리지, 자동차 세그먼트를 위한 임베디드 소프트웨어 개발 방법
■ 임베디드 개발 프로세스 관리 방법
■ 핵심 문제/이슈 로드맵과 본문 솔루션에 대한 참고 문헌
■ 적용 방안이라는 맥락에서의 핵심 방법들에 대한 리뷰
■ 시대를 뛰어 넘는 구현 세부 사항들을 보여주는 사례
■ 핵심 아이디어 구현 방법, 결정된 선택 근거, 설계 가이드라인과 트레이드오프를 보여주는 짧고 간결한 사례 연구
★ 이 책의 구성 ★
1장, '임베디드와 실시간 시스템을 위한 소프트웨어 공학' 임베디드 시스템은 대규모 시스템의 특정 기능을 수행하기 위해 설계된 컴퓨터 시스템으로, 종종 하나 이상의 실시간 컴퓨팅 제약 사항을 갖는다. 이는 하드웨어와 기계적 부분을 포함하는 큰 장치의 부분으로서 내장된다. 이 시스템은 최종 사용자의 다양한 요구에 부응하면서 유연한 범용 컴퓨터와는 극명하게 비교된다. 범용 시스템에 성공적으로 적용됐던 소프트웨어 시스템의 개발 방법과 기법, 툴은 더 이상 임베디드 시스템에는 쉽게 적용되지 못한다. 모바일 임베디드 장치에서 동작하는 소프트웨어 시스템은 근접 최적 성능, 강건성, 분산, 역동성, 이동성 같은 더 전통적인 시스템에서 는 요구되지 않는 특징을 가져야 한다. 1장은 임베디드, 자원 제약, 모바일, 고도로 분산된 세계에 존재하는 소프트웨어 시스템의 핵심 특징을 조사한다. 그리고 이 분야의 맥락 속에서 소프트웨어 공학 방법의 핵심 부분에 대한 적용 가능성을 평가하고 기법(예를 들어 소프트웨어 설계, 컴포넌트 기반 개발, 소프트웨어 아키텍처, 시스템 통합, 테스트)도 다룬다. 1장은 임베디드와 실시간 소프트웨어를 개관적으로 설명한다.
2장, '임베디드 시스템 하드웨어/소프트웨어 공동 개발' 최신 임베디드 시스템에 대한 개발을 기획할 때 하드웨어와 소프트웨어를 독립적으로 고려하지 않는다. 지난 20여 년간 전용 하드웨어 구현에서 범용 임베디드 프로세스를 실행하는 소프트웨어로 시스템의 기능성이 이동된 반면, 칩과 시스템의 복잡성은 엄청날 정도의 성장률을 보였다. 2010년까지 소프트웨어를 개발하려는 노력이 하드웨어를 개발하려는 노력보다 더 커졌으며, 복잡성은 소프트웨어에 비례해 계속 증가하는 추세였다. 독립적인 하드웨어와 소프트웨어 설계 같은 전통적인 설계 기법은 칩 위에 복잡한 시스템을 만들기 위해 통합되는 이기종의 모델과 애플리케이션 때문에 도전이 되고 있다. 설계자는 하드웨어와 소프트웨어의 공동 설계에 사용되는 적절한 기법을 이용해 시스템의 특정 행위와 주어진 성능 목표, 기술이 드러날 수 있도록 시스템의 하드웨어와 소프트웨어 컴포넌트를 함께 작업하는 방법을 고려해야 한다.
3장, '임베디드 시스템을 위한 소프트웨어 모델링' 임베디드 시스템을 위해 모델을 생성하는 것은 아주 간단하거나 믿을 수 없을 정도로 복잡한 동적인 제어 시스템에 대한 시간과 비용 측면에서의 효과적인 접근법을 제공하며, 이 모든 것은 밀접하게 통합된 소프트웨어 집합에서 유지되는 단일 모델을 기반으로 한다. 최신 모델링 소프트웨어 툴을 이용하면 오프라인 시뮬레이션에서 초기 밸리데이션(validation)을 설계하고 수행할 수 있다. 이러한 모델은 차후 수행되는 모든 개발 단계의 기초를 형성한다. 임베디드 설계를 위해 모델을 생성하는 것은 전통적인 설계 접근법보다 더 다양한 이점을 제공한다. 하드웨어 프로토타이핑과 결합된 접근법을 이용하면 베리피케이션(verification)과 밸리데이션이 최종 테스팅 단계에서만 수행되는 것이 아니라 개발 전 기간에 걸쳐 수행되기 때문에 실수할 리스크가 줄어들고 개발 수명주기도 짧아진다. 시스템 모델을 베이시스(basis)로서 이용하면 훨씬 더 빠르고 신뢰성 있는 설계 평가와 예측을 만들어낼 수 있다. 반복적인 접근법은 성능과 신뢰성 관점에서 설계를 향상시키는 결과를 가져온다. 그리고 설계 팀과 설계 단계, 다양한 프로젝트 사이에서 모델을 재사용할 수 있기 때문에 자원에 들어가는 비용이 줄어들며, 물리적 프로토타입에 대한 종속성도 줄어든다. 자동 코드 생성 기법을 이용하면 개발 오류와 부담도 줄일 수 있다. 이러한 이점은 더 정확하고 강인한 제어 설계와 더 짧아진 시장 적시성, 설계 비용에 대한 감소로 이어진다.
4장, '임베디드 시스템을 위한 소프트웨어 설치 아키텍처와 패턴' 임베디드 컴퓨팅 시스템의 소프트웨어 아키텍처는 시스템이 어떻게 동작할 것인지 추론하거나 이해하는 것을 도와주는 시스템의 구조로 묘사할 수 있다. 소프트웨어 아키텍처는 시스템 개발 프로젝트뿐만 아니라 시스템을 위한 청사진으로 동작한다. 아키텍처는 성능, 변경 가능성, 보안성 같은 임베디드 시스템의 주요 품질에 대한 기본적인 프레임워크이며, 아키텍처 비전을 통합하지 않고는 시스템의 어떠한 품질도 획득할 수 없다. 아키텍처는 설계 접근법이 적절한 시스템의 개발로 이어진다는 것을 보장하는 초기 분석에서 만들어지는 산물이다. 4장은 임베디드 소프트웨어 아키텍처의 여러 양상에 대한 세부 사항을 다룬다.
5장, '실시간 빌딩 블록: 이벤트와 트리거' 4장까지는 임베디드 시스템을 개발하기 위한 높은 수준의 추상화와 시스템 설계 아키텍처, 구현 단계에서의 설계 패턴 적용 같은 접근법을 설명했다. 5장에서는 실시간 시스템의 두 가지 기본 개념과 설계 패턴을 소개한다. 여기서 두 가지 기본 개념은 비동기 이벤트(Event) 플래그를 설정하는 능력과 적절한 시기에 어떤 상황을 트리거(Trigger)하는 능력이다. 이들 두 가지 개념은 실시간 운영체제(RTOS)를 이용하지 않는 시스템뿐만 아니라 RTOS를 이용하는 시스템에도 모두 사용된다. 5장은 유스케이스로 시작해서 이벤트와 트리거를 구현하는 서로 다른 방식을 개발한다. 그리고 이들 각각에 대한 세부 구현 내용도 제시하며, 이들에 대한 장단점도 다룬다. 이벤트와 트리거 구현을 위한 소스는 이 장의 끝 부분에서 제공한다.
6장, '임베디드 소프트웨어에 대한 하드웨어 인터페이스' 임베디드 소프트웨어에 제공되는 하드웨어 인터페이스에 대해 다룬다. 그리고 하드웨어 인터페이스를 제공하는 레지스터와 인터럽트에 대해서도 다룬다. 그 외 프로젝트에서 하드웨어 팀과 임베디드 소프트웨어 팀 간 협력을 위한 인간적인 측면에 대해서도 논의한다. 협력은 설계 단계, 공동 개발 단계, 통합 단계, 디버깅 단계 동안 필요하며, 6장에서는 이들 각 단계에서 요구되는 협력의 개념에 대해 알아본다. 그리고 제품의 품질을 향상시키는 다양한 하드웨어 설계 양상과 하드웨어 버전을 지원하는데 도움을 주는 소프트웨어 설계 양상에 대해서도 다룬다.
7장, '임베디드 소프트웨어 프로그래밍과 구현 가이드라인' 임베디드 소프트웨어 개발에 일반적으로 사용되는 몇 가지 가이드라인을 제공한다. 프로그래밍 원칙에서 시작해 가독성, 테스트용이성, 유지 보수성을 포함한다. 7장은 하드웨어 고려 사항, 파일 구조, 개발 가이드라인을 비롯해 임베디드 소프트웨어 프로젝트를 어떻게 시작하는지 대한 논의를 계속 이어간다. 그런 다음 문법 코딩 표준의 중요성을 비롯해 소프트웨어 개발 프로젝트에서 매우 중요한 프로그래밍 가이드라인으로 초점을 바꿔 논의한다. 7장은 변수와 정의에 대한 설명과 이들이 어떻게 임베디드 소프트웨어 프로젝트에 사용되는지 대한 논의로 마무리한다.
8장, '임베디드 운영체제' 실시간 운영체제(RTOS)는 임베디드 시스템 어디에나 존재한다. 8장은 실시간 커널이 무엇인지, 운영체제가 제품 개발자에게 제공하는 서비스가 무엇인지 설명하고, 커널 내부 일부에 대해 설명한다. 커널은 RTOS의 컴포넌트다. 8장에서는 작업 관리, 인터럽트 핸들링, 스케줄링, 문맥 스위칭, 시간 관리, 자원 관리, 메시지 패싱, 우선순위 변환 등 많은 부분을 살펴본다.
9장, '임베디드 시스템에서 설계에 의한 소프트웨어 재사용' 임베디드 시스템에서 재사용을 제한하는 과제와 이의 극복 전략을 알아본다. 이러한 탐구에는 재사용의 제한 사항이 무엇인지, 하드웨어 추상화 계층이나 RTOS 포팅(porting) 계층과 같은 제한 사항을 극복하는 전통적인 접근법이 무엇인지를 포함한다. 그러나 여기서 그치지 않는다. 계층화된 소프트웨어가 가진 단점은 고도로 최적화되고 재사용이 가능한 소프트웨어 컴포넌트를 사용할 수 있게 만들어준다. 9장은 하드웨어와 RTOS에 상관없이 전문가 시스템에 의해 생성된 재구성과 재사용이 가능한 컴포넌트를 만드는 메커니즘인 컴포넌트 팩토리(factory)에 대한 개념을 소개한다.
10장, '임베디드 시스템을 위한 소프트웨어 성능 공학' 임베디드 시스템은 보통 하나 이상의 실시간 요구 사항을 갖는다. 최근 임베디드 소프트웨어 시스템의 복잡성으로 인해 이들 시스템의 성능 목표를 성취하기 위해서는 체계적인 접근법이 요구된다. 애드혹(ad hoc) 프로세스는 마감 시간을 놓치게 할 수 있고, 시스템의 성능을 빈약하게 만들 수 있으며, 프로젝트를 취소하게 만들 수도 있다. 다중 실시간 성능 요구 사항을 정의하고 관리하며 전달하기 위해서는 성숙도(maturity)가 필요하다. 소프트웨어 성능 공학(SPE)은 성능 공학 프로세스의 성숙도를 향상시킬 수 있는 시스템 공학의 범주에 속해 있는 교과목이다. SPE는 성능 목표를 만족하는 소프트웨어 시스템의 구축에 필요한 체계적이고 정량적인 접근법이다. SPE는 아키텍처, 설계, 구현에 초점을 둔 소프트웨어 지향 접근법으로, 임베디드 소프트웨어 개발 수명주기의 모든 단계에 적용되는 활동이나 기법, 산출물에 초점을 둔다. 특히 소프트웨어가 시스템의 성능 관련 요구 사항을 만족시키기 위해 설계되고 구현된다는 것을 보장하기 위해 민감성과 확장성에 초점을 둔다.
11장, '임베디드 소프트웨어의 성능 최적화' 코드 최적화는 개발 프로세스에서 시스템의 능력에 직접 영향을 미치는 핵심 단계다. 코드가 더 빠르게 실행된다는 것은 채널이 더 넓다는 것과 수행되는 것이 더 많다는 것, 더 경쟁적인 이점을 가진다는 것을 의미한다. 코드가 더 적은 메모리에서 실행된다는 것은 휴대폰에 더 적합한 애플리케이션 특징을 가질 수 있음을 의미한다. 그리고 코드가 실행 시 더 적은 전력을 소비한다는 것은 배터리의 수명을 증가시키거나 전력 기지국에서 소비되는 비용을 줄여줄 수 있음을 의미한다. 11장은 프로그래머에게 코드를 효과적으로 작성할 수 있게 도움을 줄 목적으로 작성됐다. 먼저 툴 체인의 이용법에 대한 소개부터 시작해, 최적화 이전에 임베디드 아키텍처를 아는 것이 중요하다는 점을 설명하고, 그런 다음 넓은 범위의 최적화 기법에 대해 설명한다. 11장에서 제시하는 기법은 C 언어 최적화 기법과 범용 루프 변환 같은 프로그램이 가능한 모든 아키텍처에 유효한 기법이다. 실세계에 대한 사례는 이 장 전체에 걸쳐 제시한다.
12장, '임베디드 소프트웨어의 메모리 최적화' 목표 아키텍처에서 클록 주기의 실행 결과로 인해 컴파일 코드에 대한 최적화 메트릭이 항상 측정되는 것은 아니다. 무선 네트워크 연결 또는 백홀(backhaul) 기반 구조에서 다운로드로 실행 가능한 휴대폰이나 무선 장치를 고려한다. 이러한 경우 보통 이점을 갖거나 무선 장치로 다운로드해야만 하는 컴파일 코드의 크기를 컴파일러가 줄여준다. 다운로드될 필요가 있는 코드의 크기를 줄임으로써, 다운로드되는 각 무선 지점에 요구되는 대역폭의 관점에서 비용이 줄어드는 결과를 얻는다. 컴파일 코드의 메모리 시스템 성능과 같은 최적화 메트릭은 개발자에게는 흔하게 중요한 또 다른 메트릭이다. 이들 메트릭은 목표 프로세서상의 컴파일 코드뿐만 아니라 기본이 되는 메모리 시스템, 캐시, DRAM, 버스 등과 같은 동적 실시간 동작과 긴밀히 연관돼 있다. 애플리케이션 내 데이터 또는 더 특별하게 실시간에서 동적으로 평가되는 데이터와 이에 대응되는 데이터 구조의 순서를 효율적으로 조정함으로써 메모리 시스템 레벨에서 중요한 성능 개선을 얻을 수 있다. 이에 추가해 SIMD 명령 집합이 제시되고 다양한 메모리 시스템의 정렬 조건이 만족되면 데이터의 공간적 위치로 인해 벡터화 컴파일러도 시스템의 성능을 개선할 수 있다.
13장, '임베디드 소프트웨어의 전력 최적화' 임베디드 프로젝트의 제품 수명주기에서 가장 중요한 고려 사항 중 하나가 장치에 대한 전력 소모를 이해하고 최적화하는 것이다. 재충전 동안 최소 사용 시간과 유휴 시간을 보장할 수 있는 정도의 배터리 전력을 요구하는 휴대용 단말기에서는 전력 소모가 아주 잘 드러난다. 그 외의 주요 임베디드 애플리케이션, 즉 의료장비, 테스트, 측정, 미디어, 무선 기지국 등도 전력에 매우 민감하다. 증가되고 있는 강력한 프로세서의 열 손실과 전원 공급장치에 들어가는 비용, 에너지 소비로 인한 비용을 관리해야 할 필요가 있기 때문이며, 특히 전력 소모는 간과될 수 없는 사실이다. 전력 요구 사항을 정하고 유지하는 책임은 보통 하드웨어 설계자의 몫으로 돌아가지만, 소프트웨어 프로그래머도 전력 최적화에 큰 기여를 제공할 수 있는 능력이 있다. 보통 소프트웨어 공학자가 이러한 장치들의 전력 소모에 큰 영향을 미친다는 사실은 간과되거나 저평가되고 있다. 13장의 목적은 전력 소모를 최적화하기 위해 소프트웨어가 어떻게 사용될 수 있는지에 대해 알아보는 것이다. 이를 위해 먼저 기본적인 전력 소모의 구성부터 시작해서 전력 소모에 대한 적절한 측정 방법, 알고리즘 레벨과 하드웨어 레벨, 데이터 흐름에서 소프트웨어로 전력 소모를 최소화하는 기법을 알아본다. 또한 특정 방법이 전력을 줄이는 데 어떻게 왜 효과적인지 이의 다양한 기법에 대한 데모와 설명을 포함하며, 이에 따라 독자는 자신의 애플리케이션에 이 방법을 즉시 선택해 적용할 수 있다.
14장, '임베디드 시스템을 위한 인간 요소와 사용자 인터페이스 설계' 임베디드 시스템을 설계할 때, 특히 사용자 인터페이스를 설계할 때는 특별한 주의가 요구된다. 간단한 장치에 대해서는 단순 텍스트, 명령 버튼, LED가 적절하다. 더 복잡한 시스템에 대해서는 완전한 그래픽 사용자 인터페이스GUI와 터치 패널이 요구된다. 사용자 인터페이스 설계는 a) 서로 다른 소프트웨어 컴포넌트 간 인터페이스 설계, b) 소프트웨어와 인간이 아닌 정보 생산자와 소비자 간 인터페이스 설계, c) 인간과 컴퓨터 간 인터페이스 설계 같은 핵심 영역에 초점을 맞춰야 한다. 14장은 효과적인 사용자 인터페이스 설계에 요구되는 프로세스, 가이드라인, 인간 요소, 기술에 초점을 맞춘다.
15장, '임베디드 시스템 품질, 통합, 테스팅 기법' 임베디드 소프트웨어 개발에서 실용적 결정이 이뤄져야 하는 가용한 테스트 시간과 예산 요구에 대한 효과성을 최적화할 필요가 있을 때 최신 기법과 모범 사례는 (항공기의 비행제어기, 자동차의 브레이크 시스템 또는 의료 장치와 같은) 고신뢰성 장치뿐만 아니라 신뢰성이 떨어지는 애플리케이션에도 적용된다. 이러한 다중 소프트웨어테스트 기법을 보완하기 위해, 기법을 자동화한 유사한 테스트 툴이 많다. 이들 툴은 안전 필수 애플리케이션의 개발에서는 아주 흔하게 사용되지만, 모든 툴을 구입하거나 심지어 이들 툴의 일부라도 구입할 만한 예산을 가진 사람은 별로 없을 것이다. 물론 이들 툴의 제공자는 툴 각각이나 그렇지 않으면 툴 모두에 대한 구입을 지지할 것이다. 그렇다면 제한된 예산을 어떻게 적절하게 할당할 것인가? 그리고 예산이 없다면 최종 제품이 적절한 품질을 가질 것이라는 확신을 사람들에게 믿게 만드는 그러한 툴도 없이 어떻게 유사한 원칙을 적용할 것인가? 이러한 이슈를 다루기 위해 15장에서는 제시된 기법 뒤에 숨어있는 개념뿐만 아니라 실제 어떻게 구현했는지를 설명하는 소프트웨어 코드에 대한 몇 가지 사례연구도 함께 제시한다.
16장, '임베디드 시스템용 소프트웨어 개발 툴' 임베디드 시스템의 소프트웨어 개발 툴, 특히 디버깅과 조사 툴에 초점을 둔다. 16장은 현재의 실행 시점에서 개발자에게 프로그램의 내부에 무엇이 있는지, 또는 프로그램이 언제 충돌하는지 그 시점을 알려주는 소스코드 디버거 툴의 능력 제시부터 시작한다. 디버거의 특징은 가장 대중적이고 많이 사용되는 디버거 중 하나인 GDB, 즉 프리소프트웨어 재단(FSF)에서 제공하는 GNU 디버거의 사례를 이용해 설명한다. 임베디드 시스템의 모든 요구 사항을 다루기 위해 16장은 간단한 디버거 루틴부터 시작해 디버거의 완전한 특징을 포함하는 특별한 대상 요구 사항에 적합한 디버거 에이전트를 어떻게 설계하는지 제시한다. 또한 전형적인 사용 사례와 문맥 전환, 위치 독립적 실행 파일, 디버거 이벤트 핸들링과 다중 코어 같은 설계에 대한 핵심 내용을 제시한다. 그런 다음 JTAG을 이용하는 이점과 디버거를 대상에 직접 연결하는 데 사용되는 외부 장치를 제시한다. 이때 디버거는 대상과 자기 자신의 자원을 완전히 제어하는 기능을 갖는다. 이 장의 끝부분에서는 이클립스(Eclipse)와 GDB 같은 무료 공개 소프트웨어를 기반으로 하는 통합 개발 툴, 측정 코드, 분석 툴과 같이 디버깅 프로세스에 도움을 줄 수 있는 기타 툴도 소개한다.
17장, '임베디드 시스템용 다중 코어 소프트웨어 개발' 다중 코어 소프트웨어 개발은 자동차부터 네트워킹과 무선 기지국까지 임베디드 시스템의 많은 영역에서 그 중요성과 적용 가능성이 점점 더 커지는 분야다. 17장은 다중 코어 연합(MCA)에서 최근 발표한 다중 코어 프로그래밍 사례(MPP)의 핵심 부분을 요약해서 보여준다. 모범 사례 가이드라인을 표준화한 MPP는 다중 코어 프로세서를 비롯한 개발 프로젝트를 고려하거나 구현하려는 회사와 기존 다중 코어 기술의 사용을 선호하는 회사의 공학자와 공학 관리자를 위해 특별하게 작성된 문서다. 다중 코어 준비를 위해 오늘날의 C/C++ 코드가 어떻게 작성됐는지를 더 잘 이해하는 것이 중요한데, 이것은 MPP 워킹 그룹의 영향하에서 성취됐다. 이 가이드라인을 이용하면 a) 더 높은 성능을 가진 소프트웨어를 만들 수 있고, b) 다중 코어 소프트웨어 이슈로 인해 버그 비율을 줄일 수 있으며, c) 다중 플랫폼에서 목표가 될 수 있는 휴대용 다중 코어 코드를 개발할 수 있고, d) 다중 코어 프로그래밍의 학습 커브를 줄이면서 개발 시간은 증가시킬 수 있으며, e) 다중 코어 연합의 API 기반 구조의 현 구조와 로드맵을 함께 묶을 수 있다.
18장, '안전 필수 소프트웨어 개발' 안전 필수 소프트웨어 개발의 여러 양상에 대해 다룬다. 18장의 첫 번째 부분은 프로젝트 기획 부분으로, 이는 프로젝트의 첫 시작 부분이자 공수(effort)의 범위를 정하는 중요한 단계다. 이는 안전 필수 요구 사항에 대한 관리와 개발 도중 대처 방법에 대한 통찰력을 제공한다. 또한 프로젝트 관리의 핵심 전략도 제공한다. 두 번째 부분은 결점, 장애, 위험에 대한 분석을 설명한다. 그리고 리스크 분석에 대한 서술도 역시 포함한다. 다음으로 임베디드 시스템에 사용될 수 있는 몇 가지 안전 필수 아키텍처를 다룬다. 마지막 부분은 안전 필수 소프트웨어를 개발하기 위한 소프트웨어 구현 가이드라인을 다룬다.
19장, '지적 재산' 지적 재산권은 보통 사람들의 발명품이나 설계 자체를 보호하기 위해 축적한 특허권 또는 기타 법적 보호조치의 두 가지 사항을 의미한다. 그래서 사람들은 지적 재산권과 관련된 라이선싱에 대해 많은 얘기를 하고 있는데, 이는 특허로 등록된 아이디어를 다른 사람 이 사용할 수 있도록 누군가에게 라이선스를 팔거나 프로세서와 기타 설계 사항을 가진 ARM이나 컴파일러와 운영체제 제품을 가진 툴처럼 제품을 만들어 배포하며, 또는 사용하기 위해 라이선스를 파는 것을 의미한다. 19장에서는 사람들의 일에 연관된 법적 보호조치를 처리하는 첫 번째 의미에 더 집중하며, 다음과 같은 두 가지 주요 영역에 대한 기본적인 사항을 다룬다. 첫째, 사람들이 썼거나 또는 구입했던 소프트웨어가 실제로 자신의 것이라는 것을 보장하기 위해 필요한 것이 무엇인지, 공개 소프트웨어에 대한 역할을 비롯해 그러한 소프트웨어를 팔 때나 다른 사람에게 라이선싱할 때 필요한 것이 무엇인지에 관련된 이슈를 다룬다. 둘째, 사람들이 가진 소프트웨어와 그 외의 가치 있는 발명품에 대해 획득될 수 있는 다양한 보호조치에 대해 다룬다.
20장, '임베디드 소프트웨어 개발 관리' 어떠한 임베디드 소프트웨어 프로젝트나 프로그램에 대해서든 성공적으로 구성하고 관리할 수 있는 정보를 제공한다. 20장은 시스템의 품질, 소프트웨어를 스택으로 구성하는 OSI 모델, 다양한 소프트웨어 개발 모델, 팀 구성 방식, 의사소통에 대한 개요를 소개한다. 자원이나 품질, 고객의 만족을 포함하는 프로젝트나 프로그램의 범위와 스케줄, 비용에 대한 제약 사항을 관리하는 것은 프로젝트나 프로그램이 가진 작업과 활동 모두를 다루는 것과 마찬가지다. 20장은 소프트웨어를 배포할 때까지 소요되는 수명주 기의 전 단계에 걸쳐 소프트웨어 개발에 대한 정상적인 진행 방법을 알아본다. 그리고 소프트웨어 명세를 테스트하기 위해 요구 사항부터 각각의 공학적 대응 방법까지 확장시킨 자원 관리, 리스크 관리, 문제 해결과 작업 추적성을 성공적으로 기획하고 실행하기 위한 툴도 함께 제시한다.
21장, '임베디드 시스템을 위한 애자일 개발' 애자일 소프트웨어 개발은 반복 개발을 기반으로 하는 소프트웨어 개발 기법을 집합시켜 놓은 개발 방법이다. 요구 사항과 소프트웨어 시스템은 자기 구성과 교차 기능 팀 간의 협력을 통해 발전한다. 애자일 개발은 적응적 기획, 진화적 개발과 배포, 타임박스(timebox)를 갖는 반복 접근법을 지원한다. 애자일의 목적은 변화에 대해 신속하고 유연한 대응을 하는 것이다. 애자일은 개념적 프레임워크로서 개발 주기를 통해 상호작용을 촉진한다. 애자일을 임베디드 소프트웨어 프로젝트에 적용하기 위해 소프트웨어 특징을 발전시키는 더 어렵고 효과적인 테스팅과 같은 몇 가지 특별한 도전을 소개한다. 이는 하드웨어 구성이 기획과 설계 단계에서 더 솔직한 스타일을 요구한다는 점을 고려해 대응 하드웨어의 변경이 수용하기에는 비용이 너무 높다거나 시간이 지날수록 학습하는 능력이 떨어질지도 모른다는 사실로 인해 대응 하드웨어가 적시에 가용하지 못하거나 변경에 대해서도 덜 자유로울 수 있기 때문이다. 21장은 애자일 소프트웨어에 대한 개발 기법을 소개하고 이들 기법이 어떻게 임베디드 시스템에 적용되는지 보여준다.
22장, '자동차 애플리케이션용 임베디드 소프트웨어' 다른 애플리케이션과는 달리 엄격한 기획, 아키텍처 개발, 테스팅, 밸리데이션과 베리피케이션이라는 특징을 갖는 자동차 시스템을 소개한다. 다른 애플리케이션 영역과 대비해 자동차 애플리케이션용 임베디드 소프트웨어를 작성하는 물리적인 작업은 다른 임베디드 시스템과 비교해 그리 크게 다르지 않지만, 개발과 테스트 프로젝트에 반드시 수반돼야 하는 품질 표준이 핵심 차이라 할 수 있다. 자동차 소프트웨어를 작성하기 위해 공학자는 자동차 시스템이 오늘날 어떻게 왜 복잡한 환경으로 발전됐는지 이해할 필요가 있다. 공학자는 자동차 하위 시장 간의 차이점과 공통점을 인식해야만 한다. 또한 적용 가능한 품질 표준에 대해서도 잘 알아야 하고, 품질이 어떻게 테스트되고 측정되는지도 알아야 하며, 이에 덧붙여 그러한 엄격한 품질 제어가 왜 있어야 하는지에 대해서도 잘 알아야 한다. 22장에서는 이러한 모든 내용에 대해 가장 흔한 모범 사례를 이용해 설명한다. AEC, OBD-II, MISRA와 같은 더 전통적인 표준뿐만 아니라 최근에 등장한 AUTOSAR와 ISO26262 표준으로 지원되는 모델링, 자동 코드 작성, 첨단 추적과 디버그 같은 높은 품질과 결함 허용, 상호작용 코드를 소프트웨어 공학자가 잘 작성할 수 있게 도움을 주는 다양한 프로세스를 소개한다.
23장, '입출력과 스토리지 프로그래밍' 임베디드 시스템에서 입출력(I/O)과 저장 장치는 매우 중요한 컴포넌트다. 임베디드 시스템에서 I/O의 다양성은 I/O 관리를 매우 복잡한 프로세스로 만든다. 임베디드 운영체제 시스템의 가장 기본적인 기능 중 하나가 모든 I/O 장치를 제어하고 관리하는 것이며, I/O 장치를 동시에 접속하는 다중 프로세스를 조정하는 것이다. 여기서 CPU와 장치 간 I/O 구현을 제어하는 것이 장치 관리의 핵심 기능이다. 운영체제는 인터럽트에 대응하고 장치에 대한 예외 사항을 다루기 위해 명령을 장치에 보낸다. 또한 장치와 시스템의 다른 부분 사이의 인터페이스를 간단하고 쉽게 사용하는 방법을 제공한다. 따라서 I/O 장치 사이뿐만 아니라 CPU와 I/O 간의 병렬 프로세싱 능력을 향상시키기 위해서도 I/O 관리 모듈은 필요하다. 그리고 시스템 자원에 대한 최적의 이용 효율성을 얻기 위해 I/O 관리 모듈은 통합되고, 명확하며 독립적이고 확장 가능한 I/O 인터페이스를 제공해야 한다. 이 책에서 스토리지는 임베디드 시스템에서 많이 사용되는 NOR/NAND 플래시, eSDHC, U-Disk, HDD, SSD 같은 외부 저장장치를 참조한다. 최근 클라우드 컴퓨팅의 개발에 따라 스토리지 기술은 시스템에서 아주 중요한 역할을 담당한다. 23장은 CPU와 I/O 장치, 인터럽트 기술, I/O 제어 프로세스, 대응되는 장치 드라이버의 구현 프로세스 간 데이터 변환 모드에 대해 알아본다. 스토리지 장치의 프로그래밍 모델도 다루는데, 여기에는 특징 지원과 성능 최적화가 포함된다.
24장, '네트워킹 애플리케이션용 임베디드 소프트웨어' 임베디드 네트워킹 애플리케이션은 급격히 변화되고 발전되는 분야다. 예를 들어 임베디드 다중 코어 기술은 고급 네트워킹 애플리케이션뿐만 아니라 중간 및 저급 네트워킹 애플리케이션에도 나타나고 있다. 네트워킹 성능을 성취하기 위해서는 소프트웨어가 다중 코어의 이점을 가져야만 가능하다. 다중 코어 프로그래밍은 단일 코어 프로그래밍처럼 간단하지 않다. 아키텍처를 만들고 설계하는 것부터 코드 작성까지 새로운 사고방식이 요구된다. 다중 코어 SoC에서 네트워킹 애플리케이션 개발은 확장 가능한 성능 확보에 초점을 둬야 할뿐만 아니라 개발의 용이성과 오랜 시간 동안 유지 보수가 가능한 개발에도 초점을 둬야 한다. 24장에서 목록화된 일부 프로그래밍 기법이 이러한 목적을 달성하는 데 도움이 된다.
25장, '임베디드 시스템용 리눅스' 리눅스(Linux)는 네트워킹과 무선, 기지국과 같이 많은 임베디드 시스템에서 선택받고 있는 지속적으로 성장하는 운영체제다. 25장은 임베디드 시스템에서 리눅스의 사용 가능성에 대해 알아본다. 리눅스 커널 설치 방법, 자신의 리눅스 베이스라인 생성 방법, 플랫폼에서 동작하는 애플리케이션 획득을 위한 초기 단계에 대해 다룬다. 이전에 임베디드 시스템에서 리눅스를 사용하지 않았다면 25장은 리눅스를 사용하는 모든 기초적인 과정을 다룬다.
부록 1, 'C 문법 코딩 표준: 소스코드 개발' 임베디드 프로젝트에서 고려될 수 있는 문법 표준을 설명한다. 이에는 변수와 선언문을 위한 스타일 가이드와 네이밍(naming) 규약을 포함한다. 또한 개발 중에 있는 특별한 애플리케이션에 적합하게 사용되거나 수정할 수도 있다. 코딩 표준을 이용하면 코드의 베이스라인에 균일성을 제공하는 데 도움을 준다. 이는 개발자 모두에게 가독성과 유지 보수성을 제공하는 데 도움을 준다. 또한 코드에서 버그를 줄이는 데 도움을 주는 초기화 순서와 규약과 같은 모범 사례를 제안한다.
부록 2, '임베디드 소프트웨어, 시스템, 템플릿을 위한 C++ 프로그래밍 언어' C++는 임베디드 시스템의 개발에 도움을 주는, 더 구체적으로는 주어진 제품이나 플랫폼에 대한 애플리케이션과 시스템 레벨 소프트웨어에 도움을 주는 몇 가지 특징을 제공한다. 부록 2에서는 임베디드 소프트웨어 개발을 위한 C++ 이용의 다양한 측면을 비용에 따른 세 가지 종류로 구분해서 설명한다. 상대적으로 저렴한 임베디드용 C++의 특징으로는 정적 상수, 선언과 문장 순서, 함수 오버로딩, 네임스페이스 이용, 컨스트럭터와 디스트럭터의 이용을 다루며, 다소 값비싼 임베디드용 C++의 특징으로 함수 인라이닝, 컨스트럭터/디스트럭터/자료형 전환, C++ 템플릿 이용, 다중 상속, 캡슐화를 소개한다. 마지막으로 일반적으로 값비싼 임베디드용 C++의 특징으로 런타임 유형 식별과 예외 처리를 설명한다.
사례연구 1, '소프트웨어 성능 공학' 소프트웨어 성능 공학SPE을 실제 산업용 프로젝트에 적용시킨 애플리케이션에 대해 알아본다. SPE는 데이터를 수집하고, 시스템 성능 모델을 구축하며, 성능 모델을 평가하고, 불확실성 리스크를 관리하며, 대안을 평가하고, 모델과 그 결과를 검증하는 기법들을 모아 놓은 집합이다. SPE는 또한 이들 기법을 효과적으로 사용하기 위한 전략을 포함한다. 소프트웨어 개발 수명주기에서 시스템의 성능 평가를 상대적으로 초기에 사용할 수 있다면 프로젝트의 실패를 면할 수 있다. 시스템을 구현하기 이전에 대안 설계가 평가된다면 애플리케이션은 보통 더 나은 성능을 가질 것이다.
사례연구 2, '사용자 인터페이스: 경찰 지휘 통제 시스템' 저충실도의 프로토타입 개발에 사용되는 경찰 지휘 통제 시스템의 사용자 인터페이스 프로토타입에 대한 사례를 고찰한다. 이 사례 연구는 인간 요소와 사용자 인터페이스 설계라는 바탕 위에서 10장에서 소개한 프로세스와 기법을 포함한다. 사용자 인터페이스 설계는 서로 다른 소프트웨어 컴포넌트 간 인터페이스 설계, 소프트웨어와 인간이 아닌 정보 생산자와 소비자 간 인터페이스 설계, 인간과 컴퓨터간 인터페이스 설계와 같은 핵심 영역에 주안점을 둔다.
사례연구 3, '다중 코어로의 전이' 다중 코어 프로그래밍에 대한 모범 사례를 실세계 산업용 애플리케이션에 적용한다. 단일 코어 애플리케이션에서 다중 코어 애플리케이션으로 임베디 드 소프트웨어 애플리케이션을 이동시키기 위해서는 소프트웨어 프로그래밍 모델, 소프트웨어 스케줄링 시스템, 시스템 분할 접근법, 최적화 전략을 변경해야 한다. 그리고 이러한 이행을 효과적으로 수행하기 위해 소프트웨어 최적화 방안뿐만 아니라 애플리케이션 도메인에 대한 지식, 핵심이 포함된 SoC의 세부 사항, 오프로드 블록, 주변장치, 상호연결 세부 사항도 결정해야 한다. 이 사례연구에서는 네트워킹 소프트웨어 애플리케이션을 단일 코어 구현에서 고도로 최적화된 다중 코어 구현으로 이동시키기 위한 여러 단계를 알아본다.
사례연구 4, '임베디드 시스템 품질과 메트릭 프로그램을 위한 소프트웨어 공학' 펨토(femto) 임베디드 시스템에 대한 소프트웨어 개발과 시스템 통합 메트릭에 대해 고찰한다. 펨토 셀(Femtocell)은 저전력의 짧은 전송 범위를 가진 독립 기지국이다. 펨토 셀은 기본적으로 가정이나 소규모 사무실을 위한 소형 기지국이다. 펨토 셀의 핵심 속성은 IP 백홀(backhaul) 음성 트래픽이 인터넷으로 전송된다), 자가 최적화, 저전력 소비, 쉬운 배포를 포함한다. 이 사례연구에서 다루는 많은 기법을 보강하기 위해 실제 산업용 데이터를 사용한다. |
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