임베디드 시스템 시장은 사물인터넷(IoT)으로 인해 지속적인 성장을 기대할 수 있게 됐다. 일반적으로 에지 노드라고 부르는 수십억 개의 디바이스가 IoT 구성에 있어서 중요한 역할을 하고 있으며 일부 경우에는 간단한 디바이스들이 새로운 비즈니스 모델을 발굴하고 운영 효율성을 높이는 열쇠가 된다.
복합 시스템(system-of-systems)에서 엄청난 양의 데이터를 제대로 활용하는 것은 숨겨진 데이터에 속에서 통찰력을 확보하고 실시간에 가까운 의사 결정을 내리는데 핵심이 된다.
◇IoT 연결
IoT의 모든 요소는 임베디드 에지 노드로부터의 신뢰할 수 있는 연결, 클라우드 서비스 프로비저닝 및 상시적인 데이터 스트리밍에 의존한다. 이러한 임베디드 디바이스는 간단한 온도 및 습도 센서부터 보다 복잡한 의사 결정 인텔리전스 및 시스템 제어를 포함한 폭넓은 다양성을 제공한다.
이렇게 보다 지능적인 디바이스의 경우에는 운영체제(OS)를 필요로 할 가능성이 높으며 이보다 정교한 디바이스의 경우 실시간운영체제(RTOS)가 고려되어야 한다.
특정 IoT 애플리케이션의 목적이나 아키텍처가 무엇이든 간에 이러한 임베디드 시스템 제조업체는 시장에 솔루션을 신속하게 제공하기 위해 많은 비즈니스 및 설계 고려 사항들을 결정해야만 한다. IoT의 개방성을 고려할 때 광범위한 시장에 빠르게 침투하기 위해서는 커넥티드 디바이스를 가능한 신속하게 시장에 출시하는 것이 특히 중요하다.
뿐만 아니라 이러한 제품들은 다른 경쟁 제품들과 차별화할 수 있는 기능들을 갖추고 있어야 한다. 기술적 관점에서 디바이스 보안 역시 가볍게 여길 수 없는 요소이다. 개발 비용 및 위험을 최소한으로 제한하면서도 이러한 과제들을 해결하기 위해서는 엔지니어링 팀에서 해야 할 일이 많아진다.
이러한 관점에서 사전 인증된 컴퓨팅 및 무선 모듈은 하드웨어 과제를 안고 있는 개발자들에게 의미있는 해결 방안이 될 것이며, OS나 RTOS를 활용하면 설계의 기초가 되는 안전하고 확장 가능한 모듈식 운영 체제의 개발이 보다 용이해 질 것이다.
◇IoT 및 개발 프로세스
IoT는 또한 기존의 개발 프로세스를 변화시키고 있다. 임베디드 애플리케이션에 대한 신속한 개발, 배포 및 유지 관리에 대한 요구가 높아지면서 많은 회사들은 기존에 활용해오던 도구 및 방법들을 재평가하고 있다.
개발 프로세스를 상시 배포 및 업데이트 프로세스와 연결하고, IoT 에지 장치를 원격으로 관리할 수 있게 된다면 라이프사이클 전반에 걸쳐 상당한 이점을 얻을 수 있다. 가령 윈드리버의 ‘헬릭스 클라우드(Helix Cloud)’ 포트폴리오가 바로 이러한 예라고 할 수 있다.
헬릭스 클라우드의 구성 요소들은 조직들이 IoT 시스템을 개발하고 운영하는 방식을 간소화, 효율화 및 자동화하는 도구들과 시뮬레이션 랩(Simulation Labs) 및 관리 플랫폼을 제공한다.
헬릭스 디바이스 클라우드(Helix Device Cloud)는 디바이스 자체를 관리하기 위해 활용되며 헬릭스 앱 클라우드(Helix App Cloud)는 특정 대상 플랫폼에서 애플리케이션을 테스트 및 개발하기 위한 환경을 제공한다.
또한 헬릭스 랩 클라우드(Helix Lab Cloud)는 하드웨어 및 소프트웨어를 모두 포함한 애플리케이션 및 시뮬레이션에 대한 프로비저닝을 지원한다.
특히 헬릭스 앱 클라우드는 클라우드 기반 IDE를 제공하는 것 외에도 특정 디자인에 요구되는 OS/RTOS 컴포넌트에 대한 밀접한 통합을 제공한다. 윈드리버가 제공하는 무료 RTOS인 윈드리버 로켓(Wind River Rocket)이 바로 그 예이다.
로켓은 32비트 MCU용으로 디자인된 확장 가능한 RTOS이며 센서 산업 액츄에이터 및 무선 게이트웨이 애플리케이션을 구축하는데 최적화되어 있다. 메모리 및 전원 제약 장치에 맞게 최적화된 로켓은 우선 순위 기반의 멀티 스레딩, 내부 스레드 데이터 전달 및 동적 메모리 할당 기능을 제공한다.
처음에 하드웨어를 구입하지 않아도 개발을 시작할 수 있으며 코드 및 프로젝트 작업을 협력 파트너와 공유할 수도 있다. 앱 클라우드 내에서 액세스할 수 있는 개발자 포럼을 통해 애플리케이션 개발을 보다 가속화할 수 있도록 다양한 템플릿의 IoT 센서 디자인을 제공한다.
‘윈드리버 앱 클라우드(Wind River App Cloud)’는 무료로 사용할 수 있는 클라우드 IDE이다. 그림 2에서는 등록 후 시작 화면을 보여준다. ‘Create a new device’를 선택하면 그림 3에 표시된 것처럼 디바이스 타깃 및 운영 체제 메뉴를 선택할 수 있다.
과정은 매우 간단하다. 대상 장치와 운영 체제만 선택하면 나만의 디자인을 시작할 수 있다. 애플리케이션 이름을 지정하고 새 애플리케이션의 기반이 될 프로젝트 템플릿을 선택한다. 다양한 아날로그 및 디지털 인터페이스 설계는 가장 간단한 IoT 센서 요구 사항도 수용할 수 있으며 비어있는 C 애플리케이션을 설정할 수도 있다.
그림 4에서는 윈드리버 앱 클라우드 IDE 및 애플리케이션 예를 보여준다. 특정 코드를 애플리케이션에 삽입한 다음에는 IDE 내에서 애플리케이션을 빌드(컴파일), 테스트 및 디버깅할 수 있다. IDE 에 ‘Run project’ 명령은 타깃 보드(이 예에서는Intel Galileo, 가상 게이트웨이)로의 전송을 시작한다.
◇개발 타임프레임
이러한 접근 방식을 활용한 IoT 애플리케이션의 개발은 사전 인증된 컴퓨팅 플랫폼을 활용해 더욱 시간을 단축시킬수 있다. 센서 및 액츄에이터는 설계 요구사항에 따라 GPIO/ADC 포트를 통해 연결될 수 있다. 이러한 기법을 통해 또한 전체적인 IoT 에지 디바이스 설계 전략에 대한 플랫폼 기반 접근 방식을 수립할 수 있다.
여러 개의 서로 다른 보드 구성을 사용하는 대신, 검증된 설계를 기반으로 설계할 경우 에지 노드 라이프사이클 전반에 걸쳐 발생하는 지원 비용 및 불필요한 노력을 혁신적으로 줄일 수 있다.
많은 개발자 및 엔지니어링팀들에 있어서 에지 노드 센서, 게이트웨이 또는 데이터 서버에 관계없이 모든 IoT 디바이스에 대한 플랫폼 접근 방식을 적용할 경우 많은 비즈니스 이점을 얻을 수 있다. 소규모 폼팩터의 단일 애플리케이션 디바이스에 대한 포괄적인 제품 포트폴리오를 대규모의 보다 복잡한 시스템에 제공할 수 있으려면 그에 맞춰 확장가능한 단일 RTOS를 선택해야 한다.
여러 제품들의 고유한 메모리 풋프린트, 기능 및 처리 능력에 대한 요구 사항을 충족시키기 위해 확장이 가능한 단일 RTOS는 임베디드 시스템 제조업체가 운영 체제에 대한 투자를 회수하고 범위의 경제를 활용한 개발 비용 절감 및 시장 출시 시간 단축에 도움을 줄 수 있다.
◇플랫폼 접근 방식
위에서 언급한 플랫폼 접근 방식은 확장성과 관련해서 중요한 의미가 있다. 분명 IoT 토폴로지는 매우 다양하다. 에지 디바이스는 온도 또는 습도와 같은 환경 센서로부터 전기 기계 또는 유압 액추에이터까지 수백 또는 수천 개의 단일 센서 또는 액츄에이터로 구성될 수 있다. 이러한 디바이스들 클라우드와 직접 또는 게이트웨이를 통해 통신할 것이다.
게이트웨이 자체는 데이터를 클라우드 기반 분석 애플리케이션에 전달하기 전에 로컬 데이터 저장소의 역할 및/또는 처리 기능을 수행할 수 있다. 많은 센서들은 무선 연결성을 지원하며 배터리로 구동될 수 있으며, 이를 위해 기본 네트워크 스택과 함께 전원 관리 기능이 요구된다.
간단한 MCU 기반 센서부터 잠재적으로, 멀티코어 게이트웨이까지의 확장성을 고려할 때, 동일한 RTOS의 활용은 현명한 선택이 될 수 있다.
사물인터넷의 시대에는 모듈식의 구성 및 확장 가능한 RTOS가 필수적이다. 향상된 확장성, 연결성, 보안 기능, 안전성을 비롯해 강력한 실시간 성능, 낮은 대기 시간, 멀티코어 프로세서 지원 등 현재 사물인터넷에서 요구하고 있는 폭넓은 기능들을 제공하기 때문이다.
미래의 임베디드 애플리케이션을 위한 이러한 RTOS는 혁신적인 디바이스를 시장에 더 빨리 출시하고 위험 및 개발/유지 관리 비용을 줄일 수 있도록 함으로써, IoT 시대의 강력한 경쟁력을 확보할 수 있는 기반이 될 것이다.
글 : 한상호 차장 / 한국 인더스트리얼 기술 총괄 / 윈드리버코리아
자료제공 : 윈드리버코리아 <www.windriver.com>
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