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펌웨어란? 반도체로 이루어진 전자회로 하드웨어를 소프트웨어적으로 연결하기 쉽도록 할 목적으로 만든 하드웨어와 소프트웨어의 중간적 프로그램입니다.
Loner의 학습노트 :: 펌웨어 프로그래밍이란?
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감사합니다. :: 펌웨어 개발자가 알아야할 내용
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펌웨어(Firmware) : 네이버 블로그
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회로설계 및 펌웨어 프로그래밍 :: 인크루트 채용정보
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펌웨어 프로그래밍
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시스템 프로그래밍 1주차 – 펌웨어, 컴퓨터의 구성, 프로그래밍 언어, 시스템 소프트웨어 – 포장빵의 IT
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컴퓨터 시스템의 구성
컴퓨터의 구성과 기능
펌웨어
프로세서의 개념
프로그래밍 언어의 계층 구조
프로그래밍 언어의 종류
시스템 소프트웨어의 개요
시스템 소프트웨어의 계층 구조
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Loner의 학습노트 :: 펌웨어 프로그래밍이란?
펌웨어란?
반도체로 이루어진 전자회로 하드웨어를 소프트웨어적으로 연결하기 쉽도록 할 목적으로 만든 하드웨어와 소프트웨어의 중간적 프로그램입니다.
활용성
선풍기, 세탁기, 냉장고 등과 같은 가전제품.
산업 현장에서 쓰이는 제어기기
IOT 제품의 최종단 제어기기
등등
위와 같은 것에 쓰이며,
소프트웨어로 어떠한 전자기기 하드웨어라도 다루기 쉽도록 만드는 것이 포인트 입니다.
(가장 흔히 볼수 있는 펌웨어는, 컴퓨터를 킬때마다 나타나는 검은 화면, 즉 바이오스로, 컴퓨터 내의 다양한 하드웨어들의 상태를 확인하고, 그것이 동작할수 있도록 초기화 하며, 그 위에서 동작하는 시스템 프로그램, 즉 OS가 돌아가기 위한 하드웨어적인 처리를 담당합니다.)
마이컴이란?
마이크로컨트롤러(Microcontroller) 또는 MCU(Micro Controller Unit)의 준말로,
펌웨어 프로그래밍의 주된 개발 대상이 됩니다.
전자회로로 움직이는 전자기기라는 것은, 그저 전기 회로로 동작하는 전기기기와 달리 반도체를 사용하여 상태를 동적으로 변화시킬수 있고,
다양한 동작 방식을 구현시킬수 있습니다.
(프로그램 내장형 컴퓨터, 혹은 전자회로의 기초 지식 혹은 컴퓨터 구조에 대한 이해 필요)
즉, 하드웨어가 소프트웨어적으로 제어되기 위해선 일반적인 컴퓨터에 들어가는 CPU의 역할을 하는 것이 하드웨어에 탑제되어야 하며,
그 CPU를 Micro하게 작게 줄이고 단가를 줄여서 만든 것이 바로 마이컴입니다.
가격은 1-2백원도 있으며, 보통 몇천, 몇 만원까지 있습니다.
(아두이노, 라즈베리 파이 같은 보급형 마이컴이 있으며, 넓게 보면 PC 그 자체도 마이컴과 개념상 다르지 않습니다. 집적 기술이 늘어나고 단가가 내려갈수록 마이컴의 성능은 커지게 되겠죠.)
펌웨어 프로그램 구조
펌웨어는 대부분, 어떠한 하드웨어가 기동이 되면 같이 실행이 되며(메모리상 실행 코드가 올라가 프로세스 실행),
void main(void) { (초기화 로직…) while(){ LED = 1; delay(); LED = 0; delay(); } }
위와 같이 무한히 반복하며, 마이컴 핀으로 들어오는 하드웨어의 입력 신호를 기다리게 됩니다.
위의 코드는 가장 단순하게, LED를 켰다 껐다가 하는 로직입니다.
LED라는 변수나 delay와 같은 함수는, cpu에서 이미 정해둔 명령코드(비트 숫자 -> 어셈블리)에 맞도록 펌웨어 컴파일러가 코드를 컴파일하여 실행시키는 것입니다.(윤성우 시스템 프로그래밍 참고)
디바이스
자극 -> 센서 -> 펌웨어 -> 소프트웨어 -> 명령 -> 펌웨어 -> 엑츄에이터 -> 작동
가장 간단하게, 센서와, 정보처리 유닛과, 엑츄에이터의 작동에 관련된 구동 과정을 써봤습니다.
펌웨어 프로그래밍 주의점
하드웨어 프로그래밍이 대다수 그러하듯,
펌웨어 프로그래밍은 실제 존재하는 메모리의 한정된 용량을 생각해야하고, 특히나 제한된 메모리 공간에 대한 이해와 처리가 잘 되어야 합니다.
또한, 상대적으로 cpu 기능이 떨어지는 것을 감안하여 알고리즘을 병렬적으로 배치해야 합니다.
예를들어, printf(“01234567890123456789”); 와 같은 단순한 명령어도,
알고리즘상, 해당 명령어 부분에 오게 되면, 그 명령어를 처리하기 위해 다른 작업을 처리하지 못하는 등의 일들이 생깁니다.
명령어만을 관리하는 명령큐를 만들어 이러한 트래픽잼을 방지하는 기법도 있는데, 여기선 기초만을 다룹니다.
//펌웨어 프로그래밍이라는 유튜브 단편 강좌를 보고 정리했습니다.
윤성우님의 시스템 프로그래밍이 먼저 생각이 나더군요.
혹여 기회가 된다면 펌웨어 관련 서적을 사서 공부해봐야겠습니다.
펌웨어(Firmware)
펌웨어도 소프트웨어이다.
일반적으로 전자 시스템을 하드웨어와 소프트웨어로 분류한다.
하드웨어는 눈에 보이는 물리적인 소자, 회로, 보드 등을 의미하고 소프트웨어는 하드웨어 위에서 동작할 프로그래밍 언어로 짜여진 데이터를 말한다.
펌웨어는 프로그래밍 언어로 만들기에 소프트웨어이다. 그럼에도 불구하고 특별한 이름을 가진 이유는 바로 OS때문이다.
소프트웨어는 펌웨어와 어플리케이션으로 나뉘는데, 바로 OS의 유무에 따라 구별된다.
즉, OS상에서 동작하는 소프트웨어를 만들면 어플리케이션이라 부르고, OS없이 직접 모든 하드웨어를 다루는 소프트웨어를 만들면 펌웨어라 부르는 것이다.
펌웨어는 주로 임베디드 시스템과 같이 소형 전자 기기를 개발할 때 사용된다.
어플리케이션 개발자는 해당 OS에 대해서 잘 이해해야 하지만, 펌웨어는 해당 하드웨어에 대해서 잘 알아야 한다.
어플리케이션은 C, C++, Java, C# 등 매우 다양한 프로그래밍 언어가 존재하지만, 펌웨어는 C, 어셈블리가 대부분이다.
프로그래머는 이로 인해서 어플리케이션 분야와 펌웨어 분야로 나뉘게 되는 것이다.
당신이 만약, 어플리케이션 개발자가 되려면 해당 어플리케이션이 작동할 OS나 실행기 등에 대해 잘 알아야 한다.
당신이 만약, 펌웨어 개발자가 되려고 하면 해당 임베디드 CPU나 회로, 소자 등에 대해 잘 알아야 한다.
통상적으로 어플리케이션은 매우 복잡한 기능을 수행해야 하는 경우가 많기에 논리적 구조 체계인 아키텍처란 것이 매우 중요하다.
펌웨어의 경우는 기능의 복잡함보다 정밀성과 같은 성능이 중요하기에 하드웨어에 대한 지식이 더 중요하다.
펌웨어 개발자와 어플리케이션 개발자는 둘 다 프로그래밍 언어를 사용하고 소프트웨어를 개발한다는 공통점이 있지만, 요구 사항과 관심 분야가 다를 수 밖에 없다.
보통 임베디드 개발을 한다고 하면 펌웨어까지 배우는 경우가 많다.
이 경우 프로그래밍은 언어 문법만 알면 충분하다. 나머지는 회로와 같은 공학 이론에 대해 공부한다.
어플리케이션에서 필요로하는 아키텍처는 중요하지 않다.
간혹, 펌웨어 개발자가 스스로 소프트웨어 개발자라고 생각하는 경우가 있는데 이것은 큰 오해이다.
소프트웨어 즉, 어플리케이션 개발자는 반드시 아키텍처에 대한 이해가 있어야 한다.
OS를 익힌다는 것은 해당 OS의 아키턱처를 이해한다는 것과 같은 것이다.
펌웨어가 OS를 필요로하지 않는 이유는 타겟 시스템이 매우 작기 때문이다.
임베디드란 말은 최적화란 의미이며 해당 목적에 맞게 최적으로 설계한 시스템이 임베디드 시스템이다.
이런 시스템은 보통 8bit CPU가 사용되며 OS와 같이 거대한 프로그램을 넣기에는 부족하다.
또한, 펌웨어는 성능이 중요하므로 처음부터 프로그램을 개발하는 경우가 많다.
라이브러리 등을 쓰면 편하긴 하지만, 성능을 위한 최적화나 버그 발생시 원인을 찾기 어려워진다.
이런 이유로 OS가 사용되지 않는 경우가 있다.
임베디드 시스템은 그 성능의 제약으로 인해 크로스 컴파일이란 방법으로 펌웨어가 만들어진다.
즉, PC와 같이 좋은 개발 환경에서 타겟 시스템에서 작동할 펌웨어를 만드는 것이다.
이것을 크로스 컴파일 환경이라 부른다.
만들어진 펌웨어를 타켓 시스템에 옮길 방법이 필요한데, 이것을 다운로드 과정이라 부른다.
아주 예전에는 롬 라이터란 장비가 있어서 만들어진 펌웨어를 옮겨야 했다.
이것은 상대적으로 고가의 장비를 필요로 하는 것과 CPU를 소켓에서 뽑아야 하는 매우 번거로움이 있었다.
미국 Atmel사는 FLASH메모리를 저장 영역으로 사용하는 AVR시리즈를 만들었다.
이것은 롬 라이터없이 PC에서 바로 다운로드할 수 있는 혁신을 이루었으며 수 많은 개인 개발자들에게 인기를 얻었다.
펌웨어와 어플리케이션은 둘 다 소프트웨어이지만 그 분야가 엄격히 다르다.
소위 소프트웨어 개발자 혹은 프로그래머라 부르는 것은 아키텍처를 이해하고 그것을 기반으로 결과물을 만드는 사람을 의미한다.
펌웨어도 나름 아키텍처가 있지만, 어플리케이션의 그것과 비교할 때 아주 단순하다.
그렇지만, 어플리케이션 개발자들이 갖추지 못한 하드웨어적 지식은 펌웨어 개발자들에게 매우 중요하다.
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