임베디드 엔지니어 교과서 - 인공지능 시대가 요구하는 임베디드 시스템 개발자의 핵심 스킬 -

임베디드의 기초 원리부터 다양한 활용까지 한 권에 모두 담았다!

임베디드 기술을 처음 접하는 분이나 임베디드 엔지니어를 목표로 하는 분을 위해 쉽고 친절하게 집필된 ‘임베디드 교과서’를 소개합니다. 이 책은 사물인터넷 분야와 모바일 기기, 각종 전자 장비에서 빼놓을 수 없는 임베디드 소프트웨어 기술에 관해 설명합니다. 또한, 임베디드 개발환경에서 많이 사용하는 아두이노와 라즈베이 파이를 다루며, 임베디드 시스템 개발에 참여할 엔지니어가 알아 두어야 할 필수 지침과 자세 등을 저자의 경험적 측면과 소프트웨어 개발 원칙에 따라 설명합니다.

아두이노와 라즈베리 파이를 이용한 최신 실전 기술 수록!

임베디드 엔지니어를 목표로 하는 사람과 신입 임베디드 엔지니어를 위한 필독서!

이 책은 하드웨어 및 소프트웨어 지식, 임베디드 프로그램의 개요, 실시간 운영체제, 임베디드 소프트웨어의 개발 프로세스뿐만 아니라 사물인터넷/인공지능 시대의 임베디드 소프트웨어에 대해서도 상세히 다루고 있습니다. 또한, 앞으로 임베디드 시스템을 개발할 엔지니어가 개발환경에 참가하기 전에 알아 두어야 할 필수 사항을 수록했습니다. 특히, 마이크로컴퓨터 보드가 단순한 블랙박스가 아닌, 실제로 어떻게 동작하는지에 대해 그 구조를 이해하고 문제를 해결할 수 있도록 충분한 내용을 담았습니다.

다른 책이나 인터넷 등에도 아두이노나 라즈베리 파이에 관한 다양한 정보가 있지만, 대부분이 센서에 접속하거나 서버 설정 방법을 설명하는 정도입니다. 하지만 이 책에서는 독자가 시중에서 구하기 쉬운 소형 마이크로컴퓨터 아두이노와 고성능 마이크로컴퓨터를 탑재한 라즈베리 파이를 활용해서 마이크로컴퓨터나 운영체제를 화이트박스로서 이해하는 것과 함께, 개발환경에서 이용되는 소형 마이크로컴퓨터부터 고성능 마이크로컴퓨터까지 응용하는 것을 목표로 합니다. 

지은이 : 와타나베 노보루

전자 제품 제조사에서 통신 시스템의 개발 및 프로세스 개선 업무를 진행하였고, IPA(독립행정법인정보처리추진기구) 연구원으로서 임베디드 기술자 육성 업무를 담당하였다. 2010년부터는 주식회사 아프렐에서 레고 마인드스톰을 이용한 인재 육성을 기획하였으며, 현재는 NPO 법인 임베디드 소프트웨어 관리자이며, 기술자 육성 연구회 이사로 재직 중이다. 또한, 합동회사 와타나베 기술연구소 및 주식회사 ‘for Our Kids’를 창업하여 자체 제작한 교재용 로봇의 개발, 영업 등의 업무를 맡고 있다.

지은이 : 마키노 신지 

사업자용 ISDN, PHS용 교환기의 임베디드 소프트웨어 개발 및 유지보수를 시작해 스마트폰, IVI 및 방송 기기용 하드웨어 개발(회로 설계, FPGA 설계) 등의 경력을 쌓았다. 개발 기술뿐만 아니라 임베디드 개발 프로세스 개선, 소프트웨어 유지보수 방법의 개선 등 개발 관리, 임베디드 기술자의 교육 등도 진행했다. 저서로는 《ETSS 표준 가이드 북》, 《임베디드 시스템 개발을 위한 임베디드 소프트웨어 기술》이 있다. 최근에는 IoT 기기 등 임베디드 제품의 보안 대책과 관련한 연구 활동도 하고 있다.

옮긴이 : 정인식

숭실대학교에서 전자계산학을 전공하고 현대정보기술 eBiz 기술팀에서 웹 애플리케이션 개발 및 B2B 마켓플레이스 설루션을 연구했다. 그 후 이동통신 단말기 분야로 옮겨 휴대폰 부가서비스 개발 업무를 담당했으며, 일본에서 키스코 모바일사업부 팀장으로 교세라의 북미향 휴대폰 개발에 참여했다. 퇴직 후 현재는 일본 주식회사 WiseJIn의 대표이사 겸 엔지니어로, 일본의 주요 통신사와 공공 서비스 분야에서 업무 프로세스 개선을 위한 IT 컨설팅을 펼치며 데이터 분석 관련 툴과 웹 서비스 개발을 하고 있다. 《임베디드 엔지니어 교과서》(제이펍, 2020), 《배워서 바로 쓰는 스프링 부트 2》(한빛미디어, 2020), 《알파고를 분석하며 배우는 인공지능》(제이펍, 2019) 등 20권 이상의 책을 번역했다.

CHAPTER 1 임베디드 소프트웨어 엔지니어의 업무 1

01 임베디드 시스템이란? 3

임베디드 시스템의 중요성 3

임베디드 시스템과 PC, 서버는 어떻게 다른가? 4

02 임베디드 시스템의 특징 5

Nature: 자연 법칙의 취급 6

Time: 실시간성의 요구 7

Constraint: 엄격한 제약 사항 8

Reliability: 높은 신뢰성 9

제품별 NTCR 요구사항의 특징 9

03 임베디드 소프트웨어란? 10

소프트웨어의 종류 10

04 임베디드 소프트웨어 엔지니어의 업무 13

임베디드 소프트웨어 엔지니어가 속하는 조직 13

임베디드 소프트웨어의 규모에 따라 조직은 변한다 13

하청이 아닌 프로 서비스 14

05 임베디드 소프트웨어 엔지니어의 직종 16

CHAPTER 2 마이크로컴퓨터 하드웨어 19

06 임베디드 시스템의 구성 21

07 임베디드 마이크로컴퓨터의 구성 23

하드웨어의 종류 23

CPU와 마이크로컴퓨터 24

메모리 25

메모리의 종류 27

버스의 구성 29

메인 버스의 용도 29

로컬 버스 31

주변장치 34

주변장치의 제어 방식 36

08 CPU란? 38

CPU의 명령 실행 40

인터럽트 43

CHAPTER 3 임베디드 소프트웨어 47

09 임베디드 시스템의 소프트웨어 49

임베디드 소프트웨어의 종류 49

10 임베디드 소프트웨어를 개발하는 흐름 51

실제 빌드의 흐름 확인하기 53

11 어셈블리 언어로부터 알 수 있는 것 59

스타트업 루틴 61

main 함수가 호출될 때까지의 흐름 추적 61

메모리 맵 63

스택 64

스택과 인터럽트 65

12 임베디드 소프트웨어의 테스트 환경 68

ICE 68

13 임베디드 시스템 프로그래밍에서의 C언어 71

최적화 옵션의 장점과 단점 71

volatile 선언 71

unsigned와 signed 72

pragma 73

포인터와 배열 73

인터럽트 핸들러 74

CHAPTER 4 임베디드 시스템을 사용한 C언어 프로그래밍 77

14 아두이노의 하드웨어 확인하기 79

아두이노란? 79

아두이노 우노의 하드웨어 구성 80

마이크로컴퓨터의 데이터 시트 조사하기 82

데이터 시트와 보드 맞춰 보기 84

ATmega328P의 내부 구성과 커넥터와의 관계 88

15 LED를 ON/OFF하는 실험 93

LED 실험의 개요 93

LED 접속 94

점멸 프로그램 작성하기 96

동작 확인 101

16 LED 실험 프로그램 이해하기 103

CPU의 관점에서 바라본 레지스터 제어 103

어셈블러에서 확인 103

17 LED 점멸 시간 지정하기 109

타이머의 이용 111

CHAPTER 5 실시간 운영체제 113

18 임베디드 시스템의 운영체제 115

운영체제란? 115

임베디드 운영체제가 필요한 이유 116

임베디드 운영체제를 사용할 때의 단점 121

19 임베디드 운영체제 사용해 보기 123

임베디드 운영체제의 동작 123

20 FreeRTOS 동작 배우기 128

FreeRTOS의 구성 128

FreeRTOS의 기본 동작 129

소스 코드의 실제 동작 131

21 임베디드 운영체제의 역사 136

임베디드 운영체제의 역사 136

임베디드 운영체제의 종류와 시대 배경 138

22 임베디드 운영체제의 선택 방법 142

임베디드 운영체제의 선정 포인트 142

CHAPTER 6 스마트 디바이스 145

23 데이터 주도 사회 147

데이터의 활용 147

24 스마트 디바이스 149

스마트 디바이스란? 149

스마트 디바이스의 사용 예 150

스마트 디바이스의 구성 152

CHAPTER 7 임베디드 리눅스 161

25 임베디드 리눅스 163

리눅스 운영체제를 사용하는 이유 163

리눅스 운영체제가 동작하는 하드웨어 구성 164

리눅스 운영체제가 동작하는 소프트웨어 구성 168

26 임베디드 리눅스 소프트웨어의 개요 170

프로세스 170

스레드 171

IPC 171

커널 172

시스템 콜 인터페이스 175

27 임베디드 리눅스의 빌드와 기동 179

이용할 하드웨어 179

라즈베리 파이 3B+의 리눅스 배포판 181

라즈베리 파이 3B+에서 Yocto를 기동하기까지의 흐름 183

Yocto에서의 빌드 실행 183

28 임베디드 리눅스의 동작 확인 187

Yocto 재빌드에 의한 자체 개발환경의 도입 187

sysfs의 이용 196

오픈 소스 소프트웨어의 이용 198

임베디드 리눅스 개발에서 주의해야 할 포인트 203

CHAPTER 8 임베디드 소프트웨어의 개발 프로세스 207

29 임베디드 시스템의 라이프사이클 209

30 임베디드 시스템의 개발 방법 211

동시 개발 211

프런트 로딩 212

임베디드 소프트웨어 개발 프로세스의 V자 모델 213

임베디드 소프트웨어 개발 프로세스 214

31 시스템 요구 정의 216

32 시스템 아키텍처 설계 218

33 소프트웨어 요구 정의 223

34 소프트웨어 아키텍처 설계 225

35 소프트웨어 상세 설계 228

36 구현, 단위 테스트 229

37 소프트웨어 결합, 통합 테스트 232

38 소프트웨어 타당성 확인 테스트 235

39 시스템 결합, 통합 테스트와 시스템 타당성 확인 테스트 236

40 제품 출하 237

CHAPTER 9 사물인터넷/인공지능 시대의 임베디드 소프트웨어 개발 239

41 산업혁명과 임베디드 시스템 241

제1차 산업혁명 241

제2차 산업혁명 242

제3차 산업혁명 243

제4차 산업혁명 245

42 DX 시대의 임베디드 시스템 개발 247

기능 배치의 변화 247

43 임베디드 엔지니어의 학습방법 253

수파리 이론 253

표준적인 개발 방법 배우기 254

자신이 직접 정보를 제공하면 다른 정보도 수집된다 255

APPENDIX A Arduino IDE/Yocto의 설치 257

44 Arduino IDE를 윈도우 10에서 설치하기 259

Arduino IDE의 입수 259

Arduino IDE의 설치 262

AVR 명령의 동작 확인 266

45 Yocto 빌드 환경의 준비 267

dash의 전환 267

빌드에 필요한 패키지 설치 267

프록시의 설정이 필요할 때 268

46 라즈베리 파이 3의 Yocto 환경 구축 271

Yocto의 버전 271

Yocto의 환경 구축 271

Yocto 환경의 셋업 272

찾아보기 276