갈수록 정교해지는 디바이스, 이를 체계적으로 처리하는 RTOS

[테크월드=배유미 기자] 바야흐로 ‘스마트 시대’다. IoT 기술의 발달로, 스마트팩토리, 스마트홈, 스마트팜 등 산업, 장소, 국가를 막론하고 ‘스마트화’가 급속하게 진행되고 있다. 디바이스도 기술의 발달에 발맞춰 정교해지고, 스마트해지고 있다.

그럼에도 사용자는 이 디바이스를 간단하게 사용할 수 있어야 하는데, 이와 같은 이유로 운영체제의 역할이 중요해지고 있다. RTOS는 임베디드 OS 중 이 복잡한 디바이스를 체계적으로 처리하는 역할을 한다.

PC 운영체제? 임베디드 운영체제?

초기 디바이스는 단순한 구조를 가지고 있었다. 때문에 임베디드 마이크로프로세서는 단일 태스크(Task, 시스템이 처리하는 작업 단위) 만 처리하도록 설계돼 있었고, 따로 운영체제를 필요로 하지도 않았다. 하지만 기술의 발전과 함께 애플리케이션도 복잡해지면서, 많은 태스크를 효율적으로 관리할 수 있는 운영체제를 필요로 하기 시작했다.

발전 과정을 거치면서, 임베디드 소프트웨어 시장은 위 그림과 같이 운영체제 시스템, 부가기능, 서비스 제공업체로 구성됐다. 기본적인 운영 시스템 위에 부가적 기능을 얹고, 실제 제조업, 미디어, 방산, 자동 차 등 소비자들이 접촉할 수 있는 ‘애플리케이션’을 출시하는 구조다.

임베디드 시스템은 전반적인 소프트웨어 운영의 근간이 된다는 점에서 일반 적인 컴퓨터와 비슷해 보인다. 하지만 그 역할은 다소 차이가 있다. 우리가 흔히 사용하는 컴퓨터는 데이터를 취급하고 전산 처리를 담당한다. 이와 달리, 임베디드 시스템은 냉장고나 밥솥, 휴 대폰처럼 의도된 결과를 도출하는 역할을 한다. 때문에 일반적인 컴퓨터의 목적이 빠르고 정확하게 데이터를 처리하는 것이라면, 임베디드 시스템은 제한적인 시간과 전력, 인력 등 자원을 효율적으로 활용해 의도된 결과를 도출하는 것이 주요 목적이다.

이와 같은 특성을 토대로, 시장조사기관 IDC는 임베디드 시스템을 “응용 프로그램을 기반으로 여러 작업을 수행하도록 프로그래밍될 수 있는 전자 시스템”이라고 정의했다. 한국산업기술진흥원은 임베디드 소프트웨어가 가져야 하는 조건으로 ▲고신뢰성 ▲최적화 ▲플랫폼화 ▲지능화 ▲실시간성 등을 언급했다.

한편, 임베디드 시스템 중에서도 운영체제를 사용하지 않는 경우도 있다. 이와 같은 경우, ‘마이컴’ 혹은 ‘마이크로컨트롤러 시스템’이라 칭한다. 하지만 효율적인 시스템 구성을 위해, 혹은 시간의 제약을 받는 애플리케이션을 구동하기 위해서는 임베디드 운영체제를 사용해야 한다.

경성 RTOS? 연성 RTOS?

RTOS는 시간 엄수성에 따라 ▲경성 RTOS(Hard Real Time OS) ▲준경성 RTOS(Firm Real Time OS) ▲연성 RTOS(Soft Real Time OS)로 분류된다. 먼저 경성 RTOS는 데이터 처리 시 반드시 시간을 엄수해야 할 때 사용된다. 이는 예측한 그대로 결과값을 제 시간에 내는 결정론적 알고리즘(Deterministic Algorithm)을 기반으로 한다. 엄수해야 하는 시간 이후의 결과값은 정확해도 소용이 없으며, 시스템에도 큰 타격을 입는다. 이는 ‘시간 엄수’에 가장 큰 무게를 두고 있으며, 주로 생명에 큰 지장을 주거나 큰 사고로 이어질 위험이 있는 군사장비나 비행기 등에 사용된다.

연성 RTOS는 데드라인을 대체로 맞추는 실시간 운영체제를 말한다. 특정 시간 안에 처리하면 좋지만, 시간을 약간 경과한 값도 인정하는 것이다. 시간적 제약을 지키지 못해도 피해가 거의 없고, 처리 결과도 의미를 가진다. 이는 경성 RTOS에 비해 데이터 처리에 더 무게를 두고 있으며, 주로 휴대폰이나 라우터 등에 적용된다.

준경성 RTOS는 앞서 언급한 경성과 연성의 중간 형태다. 마감시간을 넘겨 수행을 마치는 경우 결과는 무의미하지만, 시스템 자체에는 크게 타격을 주지 않는다.

애플리케이션과 시스템이 갈수록 고성능화되고 복잡해지면서, RTOS 도입도 더욱 확산되고 있다. 먼저, 최근 출시되는 전자제품에는 대부분 프로그램이 심겨져 있다. 물론 간단한 장치는 직접 회로 설계로 구성돼 있지만, 부피가 크고 복잡한 기능을 수행하는 장비들은 거의 모두 임베디드 시스템이 도입돼 있다고 봐도 무방하다. 또한, 핸드폰이나 PDA 단말기, 공장 자동화나 자동제어에도 RTOS가 탑재돼 있다.

특수 분야도 예외는 아니다. 항공, 우주, 국방, 의료, 멀티미디어 통신, 에너지 개발 등 첨단 분야에는 이전부터 임베디드 시스템이 도입돼 왔다. 특히 첨단 분야 장비는 정확하고 신속한 처리능력이 요구되는 경우가 대부분이다. 때문에 자체 운영능력을 가진 RTOS를 탑재해 활용하고 있다.

임베디드 시스템과 RTOS 시장

시장조사기관 글로벌 마켓 인사이트(Global Market Insights)의 자료에 따르면, 임베디드 시스템 시장의 연평균 증가율(CAGR)은 26년까지 평균 6%를 기록하고, 그 중 실시간 관련 요소(Real Time Segment)는 9% 증가할 전망이다. 또한, 북미 지역의 시장점유율이 45% 이상 차지한 것으로 나타났는 데, 이는 2018년도에 50% 이상을 기록했던 것보다 소폭 하락한 수치다.

특정 지역의 시장점유율이 하락한 반면, 전체 시장이 증가한 것은 결국 임베디드 OS 시장이 세계적으로 보편화되고 있음을 의미한다. 실제로 현재 임베디드 시스템 시장은 북미, 남미, 아프리카, 아시아태평양, 유럽 등 전 지역에 걸쳐 자리잡고 있다.

임베디드 시스템 소프트웨어를 제공하고 있는 QNX 블랙베리 측의 자료에 따르면, 임베디드 OS는 그 분야가 조금씩 상이하지만, 세계적 수요가 존재한다. 실제 블랙베리는 전 세계 자동차 산업과 유럽과 북미 지역의 신호제어시스템, 동남아시아와 유럽, 북미 지역의 철도통신시스템을 공급하고 있다. 헬스케어, 의료 모니터링, 에너지 분야에도 시스템을 공급하고 있다.

임베디드 시스템 시장의 성장은 RTOS 시장에도 큰 영향을 미친다. RTOS는 전자제품 등의 기능이 복잡해지고 네트워크를 기반으로 한 통신이 많아지면서 성장한 분야 중 하나다. RTOS는 이후에도 디지털 컨버전스 시대에 맞춰 변화를 추구하고, 영역을 확대해 나갈 전망이다.

시장의 성장세는 이전에 비해 둔화됐지만, 여전히 RTOS와 임베디드 시스템은 전자기기와 첨단 장비를 운영하기 위한 기본으로서 역할을 하고 있다. 또한 기존에는 윈드리버, VxWorks 등 외국 기술이나 적용 사례가 대부분 차지했 지만, 현재는 한컴 MDS와 같은 국내 업체들도 임베디드 OS와 RTOS 시장에 뛰어들어 활동하고 있다. 국내에서도 경쟁력 있는 임베디드 OS와 RTOS가 출시돼 자체 기술력을 가질 수 있길 기대해 본다.