KR20120026156A

KR20120026156A - 프로세서 탑재 카드타입 기반 임베디드 단말 개발 방법

Info

Publication number: KR20120026156A
Application number: KR1020100088195A
Authority: KR
Inventors: 최장식
Original assignee: (주)이노에이직; 최장식
Priority date: 2010-09-09
Filing date: 2010-09-09
Publication date: 2012-03-19

Abstract

본 발명은 CPU 카드 기반 임베디드 단말 구현방법에 관한 것으로, CPU와 메모리 및 입출력 장치들이 한 시스템 내에 모두 구현되지 않고, CPU와 메모리를 Compact Flash 카드, SD 카드 및 기타 규격내에 탑재시킨 CPU 카드를 개발하는 단계, 임베디드 단말 하드웨어에서 CPU 카드안에 들어간 부품들을 제외한 나머지 부품들로 구성된 케이스 타입의 입출력 장치 IO 시스템을 개발하는 단계와 고객으로 하여금 필요시 탈부착 가능한 형태로 CPU 카드를 다양한 입출력 장치 IO 시스템에 연결시킨 후, IO 시스템의 타입을 식별하고 사전에 정의된 제품의 고유 기능에 맞게 CPU 카드가 수행되도록 하는 단계로 이루어진 것에 특징이 있다.

Description

프로세서 탑재 카드타입 기반 임베디드 단말 개발 방법{The method of developing Embedded equipment based on Processor built-in card}

본 발명은 CPU, 메모리 및 입출력 장치들이 한 시스템 내에 구현되지 않고, CPU와 메모리를 Compact Flash 카드, SD 카드 및 기타 카드 규격내에 탑재시킨 카드를 만들고, 이 카드를 입출력 장치들로만 구성된 IO 시스템과 직접 연결시켜 본래의 제품 기능을 수행하도록 하는 CPU 카드 기반 임베디드 단말 구현방법에 관한 것이다.

임베디드 단말은 TV, 세탁기, 전자렌지와 같은 생활 가전 제품에서 PMP, 휴대폰, 네비게이터, MP3 플레이등과 같은 휴대 정보기기, 산업체에서 운영되는 각종 산업단말을 모두 포함한다. 이들 임베디드 단말은 CPU와 CPU가 동작하는데 필요한 각종 메모리류, 그리고 키패드, 키보드, 터치스크린과 같은 입력 장치들과 처리된 결과를 출력하기 위한 LCD 등의 화면 표시 장치, USB, 시리얼, 이더넷, 무선 이더넷과 같은 통신 장치, 그리고 전원 배터리 및 기타 요소들로 구성되어 있다.

CPU와 메모리의 종류 및 크기는 응용분야별 요구하는 기능과 성능에 따라 결정된다. 또한 LCD의 종류나 크기 및 입출력 장치의 구성도 응용분야에 맞게 달라진다. 이렇게 결정된 각종 부품들이 한 단말 안에 모두 집적되고 케이스가 씌워지면서 완전한 제품의 모습을 갖게 된다.

임베디드 단말에서 휴대 정보 기기의 경우, PMP, 네비게이터, 어학학습기등의 제품 모습을 살펴보면 LCD, 몇개의 키 버튼, 터치 스크린으로 구성된 매우 유사한 외관들을 갖고 있다. 내부 구조에서도 비슷한 성능의 CPU, 메모리를 사용하고 있어, 단지 구동 소프트웨어의 차이만 있다고 봐도 무방하다. 기존 제품들은 제품의 하드웨어 및 소프트웨어를 기능이 다른 제품과 공유하여 사용 못하는 구조이다. 고객이 A라는 PMP 제품을 갖고 있지만, 네비게이터가 없는 경우에 네비게이션 기능을 사용할려면 PMP를 네비게이터로 사용할 수 없기에, 전용 네비게이터를 구입해야 한다. 또한 구형 PMP를 사용하고 있는데 신형 PMP를 사용할려면 신형 PMP를 구매해야 한다. 이 경우에 구형 PMP는 쓸모가 없게 된다. 이렇게 제품 기능별로 제품이 구분되어 있어, 해당 제품을 구매해서 사용해야 하는 바, 고객에게 제품 비용 부담을 높이고, 빠른 제품 교환 사이클로 인한 개선된 제품이 출시되면 일부 부품의 경우 재사용이 가능해도 단말 전체가 무용지물이 되어 자원의 낭비가 심하다. 따라서 각 임베디드 단말에 공통적인 부분을 분리하여 따로 만들고, 필요시만 장착하여 사용하게 하여 제품 사용의 효용성을 높히고자 한다.

본 발명은 대부분의 임베디드 단말들에 모두 들어가 있는 공통요소를 분리하여 별도로 만들고, 필요할 때 연결하여 그 기능을 사용하도록 하여, 단말의 비용을 다운하고, 단말 사용의 효용을 높이고, 업그레이드할 때는 필요한 부품만 교체하여 교체 비용도 최소로 하자는데 있다. 기존의 일체형 단말 하드웨어를 CPU와 메모리로 구성된 CPU 카드와 LCD를 포함한 입출력 장치 IO 시스템으로 구분하고, CPU 카드와 IO 시스템을 각각 케이스화하여 고객으로 하여금 필요시 탈부착하여 사용하게 하고, 다양한 종류의 CPU 카드와 IO 시스템 간의 상호 연결 사용이 용이하도록 하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 CPU 카드와 입출력 장치를 포함하는 IO 시스템으로 구성되는 임베디드 단말에 있어서, 표준화된 카드 타입의 CPU 카드를 개발하는 단계, CPU 카드를 탈부착할 수 있는 케이스 타입의 입출력 장치 IO 시스템을 개발하는 단계와 CPU 카드를 다양한 입출력 장치 IO 시스템에 연결시킨 후, IO 시스템의 타입을 식별하고 그 제품의 기능에 맞게 CPU가 수행되도록 하는 단계로 이루어진 것에 특징이 있다.

본 발명은 표준화된 카드 타입의 CPU 카드와 이 카드에 연결이 가능한 케이스 타입의 입출력 장치 IO 시스템으로 분리하여 임베디드 단말을 구현한다. CPU 카드와 IO 시스템은 내부 구조에 따라 여러 형태로 구현될 수 있다. 또한 복수의 CPU 카드와 IO 시스템 간에 다양한 형태로 조합이 가능하며, 조합에 따른 제품 기능의 변경이 가능하다. 그리고 여러개의 IO 시스템을 한 개의 CPU 카드로 구동할 수 있어 단말의 구입 비용을 줄이면서 단말을 효율적으로 사용할 수 있다. 각 카드 및 IO 시스템 별로 업그레이드가 가능하여 전체 단말을 업그레이드할 필요가 없다. 최소의 비용으로 최상의 제품 상태를 유지할 수 있다.

도 1은 일반적인 임베디드 단말의 내부 구조
도 2는 본 발명에 사용되는 CPU 카드 구조
도 3은 본 발명에 사용되는 IO 시스템 구조
도 4는 본 발명에 사용되는 CPU 카드의 보드 사진 예
도 5는 본 발명에 사용되는 CPU 카드의 케이스 장착된 모습
도 6은 본 발명에 사용되는 IO 시스템의 보드 사진 예
도 7은 본 발명에 사용되는 CPU 카드와 입출력 장치 IO 시스템의 결합 구조

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 일반적인 임베디드 단말의 내부 구조이다. 단말의 중앙처리장치인 CPU(MCU)와 CPU 구동 소프트웨어가 저장되고, 이 소프트웨어가 실행되면서 생성된 데이터가 저장되는 메모리, 처리된 결과를 표시하기 위한 출력 장치, CPU 제어 및 데이터 입력을 위한 입력 장치, 단말 내 하드웨어 구동을 위한 전원장치 및 케이스로 구성된다. 시판되는 모든 임베디드 단말은 이 구조를 크게 벗어나지 않는다. 응용분야별 CPU 요구 성능에 따라 해당 CPU가 결정되고, 입출력 장치들도 응용분야에 따라 약간의 차이를 나타낸다. 메모리도 CPU내 내부 메모리로 충분하면 외부 메모리가 사용되지 않을 수도 있다. 메모리는 NOR Flash, NAND Flash, DDR, DDR2 등 각종 메모리 소자를 포함한다. USB, Etherent, WiFi, LCD 등은 입출력 장치로 간주한다. 대다수의 임베디드 단말은 1개의 메인보드와 외장 케이스로 구성된다. 외장 케이스는 LCD를 포함한다.

일반적인 임베디드 단말의 구조를 2개의 구성요소, CPU 카드와 IO 시스템으로 구분하여 정의한다. 도 2와 같이 CPU 카드는 CPU와 메모리들로 구성되며, 필요시 다른 부품들이 포함될 수 있다. 도 3의 IO 시스템은 임베디드 단말에서 CPU 카드에 들어간 것들을 제외한 부품들과 전원으로 구성된다. CPU 카드와 IO 시스템은 모두 케이스를 갖고 있으며, 케이스의 외부로 나와 있는 커넥터로 연결된다. CPU 카드에는 암놈 커넥터, IO 시스템에는 숫놈 커넥터가 장착된다. 경우에 따라 암놈, 숫놈커넥터의 위치가 상호 바뀔수도 있다. 커넥터의 핀 수는 가급적 최소로 하며, 제품 용도에 따라 커넥터가 여러 개로 정의될 수 있다. 커넥터는 CPU 카드의 종류와 응용 분야에 따라 핀의 수와 크기가 결정된다. 커넥터의 규격이 사전에 정해진 바, 이 규격을 맞추기 위해 IO 시스템에 있는 일부 부품들이 CPU 카드 안으로 들어갈 수 있다. CPU 카드의 크기도 응용에 따라 다를 수 있으며, 기본적으로 커넥터 타입에 크게 영향을 받는다. IO 시스템의 제품 규격은 CPU 카드 장착을 위한 공간만 지원되면, 정해진 바 없이 다양한 크기와 외형으로 가져갈 수 있다. CPU 카드와 IO 시스템은 별도의 케이스가 씌워져 있어 이용자가 쉽게 탈부착이 가능하다. CPU 카드의 보드 회로 모습은 도 4와 같다. 도 5는 케이스까지 장착된 완제품 형태의 CPU 카드의 모습이다. IO 시스템은 CPU 카드와 연결되기 위한 공간이 있는 것을 제외하면 기존 단말의 모습과 별반 다르지 않다. 도 6은 시스템의 보드 사진 예다. 커넥터는 전원 신호, EEPROM 액세스 제어 신호, 입출력 데이터 및 제어 신호, LCD 데이터 및 제어신호, 통신 및 비디오 인터페이스 신호들로 구성된다.

CPU 카드에는 메모리 뿐만 아니라 MicroSD 슬롯을 갖추고 있다. 고객이 저장한 응용소프트웨어 및 데이터가 MicroSD에 저장되어 있고, CPU가 해당 소프트웨어를 실행시킬 수 있다. MicroSD는 메모리 카드 기능 뿐만 아니라 SDIO 형태의 통신 기능도 지원이 가능하다. 그리고 제품의 기능에 따라 생성되는 데이터를 저장하기 위한 메모리 공간으로도 이용이 가능하다. 예를 들면, GPS 로거 장비로 이용되는 경우에, 해당 GPS 정보가 이 카드 내 낸드플래시 메모리에 저장될 수 있다. CPU 카드 내 공간이 허용된다면 MicroSD보다 물리적 크기가 큰 보통 크기의 SD를 제공할 수도 있다.

CPU 카드 내 CPU 제어를 위한 JTAG은 JTAG 설정 키를 IO 시스템 내에 두어 기존 커넥터에 정의된 신호들 가운데 일부를 먹싱하여 사용 핀 수를 최소화한다. 커넥터는 기존 커넥터를 사용하지 않고 별도의 물리적 규격을 정의하여 사용할 수도 있고, 비용 단축 및 사용 효율을 높이기 위해 기존에 나와 있는 SD, Compact Flash 카드의 표준화된 물리적 규격을 사용할 수 있다.

IO 시스템은 CPU 카드와 연결이 되어야만 동작하며 자체적으로는 동작할 수 없다. CPU 카드도 IO 시스템과 연결되지 않으면 동작할 수 없다. 도 7은 카메라 기능을 수행하는 IO 시스템과 CPU 카드를 연결하는 모습이다. 한 개의 CPU 카드는 호환이 가능한 여러 개의 서로 다른 IO 시스템과 연결되어 사용할 수도 있다. 반대로 기능이 다른 IO 시스템들도 호환이 되는 여러 종의 CPU 카드에 연결시킬 수 있다. 서로 호환이 가능한 CPU 카드와 IO 시스템만 연결시켜 사용이 가능하며, 호환이 안되면 사용이 불가능하다. IO 시스템들은 제품의 기능에 따라 사전에 정의된 제품 코드 번호로 구분된다. 이 코드 번호는 IO 시스템내의 EEPROM과 같은 메모리 디바이스 저장되어 있다. CPU 카드가 IO 시스템에 연결되면 IO 시스템으로부터 전원을 인가받아 구동되고 IO 시스템의 제품 코드 번호를 읽어 메모리 내 해당 제품에 맞는 소프트웨어를 실행시킨다. CPU 카드에는 지원하는 IO 시스템 및 제품들에 대한 소프트웨어가 미리 탑재되어 있다. 하나의 특정 CPU 카드와 IO 시스템을 기본 세트로 구성하여 제품의 용도를 달리할 수 있는데, 이 경우 IO 시스템 내 저장된 프로그램 코드를 사용하지 않고 점퍼나 스위치등과 같은 하드웨어적으로 수동으로 설정된 값을 사용하여 제품의 기능을 자동으로 변경할 수 있다. 예를 들어 MP3 플레이저 제품에서 네비게이터 제품으로 하드웨어 변경없이 실행 소프트웨어만 달리하여 사용할 수 있다는 것이다. 물론 CPU 카드의 성능이 두 개의 기능을 동작시킬 수 있다는 전제하에서 가능하다.

CPU 카드 기반의 제품이 생활 전반에 보급되면, CPU 카드를 휴대하고 다니면서 PMP용 IO 시스템에 연결시켜 PMP 기능을 수행할 수 있고, 집에 들어가면 도어록 IO 시스템에 연결시켜 도어록 제어를 수행하고, TV, 세탁기, 전자액자 등 각종 IO 시스템에 연결시켜 해당 기능을 동작시킬 수 있다. 한마디로 핵심이 되는 CPU 카드를 휴대하고 다니면서 흩어져 있는 각종 IO 시스템을 동작시킨다는 것이다. 이렇게 되면 모든 생활 정보 기기에서 CPU 카드 장착이 기본적으로 이루어져야 하는 경우를 제외하고, 필요시마다 장착하여 사용이 가능한 기기의 경우, 기존 기기에서 모든 CPU 회로가 빠져 제품 비용을 줄이면서 동일한 기능을 사용할 수 있다.

Claims

CPU 카드 기반 임베디드 단말 구현방법에 있어서, CPU와 메모리, SD 슬롯과 같은 부품들로 회로를 구성하고, Compact Flash, SD 카드와 같은 케이스로 씌워진 CPU 카드를 개발하는 단계, 임베디드 단말 하드웨어에서 CPU 카드 안에 들어간 부품들을 제외한 나머지 부품들로 회로를 구성하고, 케이스로 씌워진 입출력장치 IO 시스템을 개발하는 단계, CPU 카드와 IO 시스템간 연결 방법 및 IO 시스템의 구분에 따라 CPU 카드가 IO 시스템 정보를 읽어 CPU 카드가 실행되는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 임베디드 단말 구현방법
CPU 카드는 CPU와 메모리류, SD 슬롯 및 커넥터를 기본 구성으로 하고, 커넥터 핀 부족으로 인한 IO 시스템 부품의 일부가 포함될 수 있으며, CPU 카드는 호환가능한 IO 시스템이 없이는 독자적으로 제품 기능을 수행하지 못하고 IO 시스템과 연결된 상태에서만 동작이 가능하다.
CPU 카드는 Compact Flash, SD 표준 카드 규격 및 비표준 규격 카드에 탑재될 수 있으며, IO 시스템과 커넥터 기반 소켓 형태로 탈부착할 수 있으며, 탈부착 및 카드 조작하기 편리한 케이스 형태로 되어 있다.
CPU 카드와 IO 시스템간 연결은 Compact Flash, SD 카드 규격에서 정의하는 표준 규격에 맞춰 제작되며, 새로운 독자 방식의 커넥터 및 카드 물리적 규격을 정의한 후 제작하여 사용할 수도 있다.
IO 시스템에는 임베디드 단말 회로내 탑재된 부품 가운데서 CPU 카드에 탑재된 부품을 제외한 나머지 부품들로 회로가 구성되고 케이스 형태로 제작된다. 내장된 전원 배터리와 외부 전원 공급 형태로 CPU 카드와 연결 시 CPU 카드에 전원을 공급한다. IO 시스템 독자적으로는 동작할 수 없으며, 호환이 가능한 CPU 카드와 연결되어야만 동작이 가능하다.
내부 사양이 다른 여러 개의 CPU 카드와 IO 시스템이 개발될 수 있고, 하드웨어 호환이 되는 CPU 카드와 IO 시스템을 한 세트로 묶어 임베디드 단말을 제작할 수 있으며, CPU 카드를 휴대하고 다니면서 호환이 되는 각종 IO 시스템에 연결시켜 IO 시스템이 제공할려고 했던 고유 기능이 동작하도록 한다. 즉 여러개의 IO 시스템을 한 개의 CPU 카드로 구동할 수 있다.
IO 시스템의 제품 코드 번호가 사전 정의되어 있고, 이 제품 정보는 IO 시스템 내 비휘발성 메모리 소자에 사전에 저장되어 있고, CPU 카드와 IO 시스템이 연결되면 CPU 카드가 이 정보를 읽어 해당되는 응용소프트웨어를 실행한다. 호환이 되는 IO 시스템에 대한 응용소프트웨어는 CPU 카드 내 비휘발성 메모리안에 저장되어 있거나, 외부에서 프로그램을 다운받아 저장할 수 있다. CPU 카드와 IO 시스템의 구성에 따라 제품의 기능이 정의될 수도 있고, 한 세트로 구성된 CPU 카드와 IO 시스템에 대해서도 물리적 스위치 조작을 통해 여러 다른 제품으로 기능이 변경될 수 있다.