{임베디드}-임베디드 시스템

임베디드 시스템이란
특정한 기능을 수행하기 위해 하드웨어와 소프트웨어가 결합된 시스템을 말한다.

 

OS가 없는 임베디드 시스템에서의 main() 호출 과정

startup 코드에서 C 프로그램이 동작하는 환경을 만들어줌

crto.s  => startup 코드 가 포함된 .elf , .hex 파일이 나와야 실행된다.

 

⚙️ Startup Code 실행 순서

1️⃣ 인터럽트 비활성화 (Disable)
→ 초기화 중 방해받지 않게 인터럽트 차단

2️⃣ rw_data 복사 (ROM → RAM)
→ 초기값이 있는 전역변수를 RAM으로 옮김

3️⃣ bss 영역 초기화 (0으로 채움) ex) int zero;  
→ 초기값 없는 전역변수를 0으로 설정

4️⃣ Stack 영역 설정
→ 함수 호출, 지역변수 저장용 스택 공간 준비

5️⃣ Heap 영역 설정
→ 동적 메모리(malloc 등) 사용 준비

6️⃣ 인터럽트 활성화 (Enable)
→ 시스템 안정 후 인터럽트 허용

7️⃣ main() 함수 호출
→ 이제부터 사용자가 작성한 C 코드 실행 시작

 

참고 : 여기서 메모리 영역을 할당하려면 세그먼트의 시작과 끝을 알려주는 심볼들이 필요하다

이름                        설명                                                                                                 Startup Code의 동작

rw-data 영역	초기값이 있는 전역변수(int a = 10;)가 저장되는 실행용 공간	ROM의 data 값을 이곳으로 복사
ZI(bss) 영역	초기값 없는 전역변수(int b;) 저장 공간	0으로 초기화 (Clear)
Heap 영역	malloc(), new 같은 동적 메모리 할당용 공간	Heap 포인터 초기화
Stack 영역	함수 호출, 지역 변수 저장용 공간	Stack 포인터 초기화

 

실제 예시

extern unsigned int Image$$RO$$Base;     // ro-base
extern unsigned int Image$$RO$$Limit;    // ro-limit
extern unsigned int Image$$RW$$Base;     // rw-base
extern unsigned int Image$$ZI$$Limit;    // zi-limit

void startup(void)
{
    unsigned int *src, *dst;

    // 1️⃣ rw-data 복사 (ROM → RAM)
    src = &Image$$RO$$Limit;   // ROM에서 복사 시작
    dst = &Image$$RW$$Base;    // RAM에 쓸 위치
    while (dst < &Image$$ZI$$Limit) {
        *dst++ = *src++;
    }

    // 2️⃣ bss(zi) 영역 0으로 초기화
    for (dst = &Image$$ZI$$Limit; dst < &Image$$ZI$$Limit; dst++) {
        *dst = 0;
    }

    // 3️⃣ main() 호출
    main();
}

 

ROM 실행 vs RAM 실행

용량이 중요할 때는  ROM 실행 속도가 중요할 땐 RAM 실행 일부만 RAM 실행도 존재

 

 

Mapped I/O 

CPU가 주변장치(입출력 장치, 예: GPIO, UART, Timer 등)에 접근하는 방법

임베디드는 주로 메모리 맵 I/O 를 사용

 

두 방식의 차이

 

입출력 I/O는 일반 변수와 틀리다 ex) volatile int a = 1;

volatile은 “값이 언제든 외부 요인에 의해 바뀔 수 있으니,
컴파일러야 이 변수는 캐시하지 말고 매번 진짜 메모리에서 읽어라.” 라는 의미

* 왜 꼭 써야하냐면 컴파일러는 최적화를 하기 때문에 "이 변수는 안 바뀔거임"판단해 CPU 레지스터에 저장한다.

 

 

확장자 파일

각 파일의 내용 매우 중

EEPROM : 어떤 설정값 , 초기값 ex) 시트 위치,  DTC 고정정보

.hex : 칩에 올라가는 코드

※디버깅 : 디버깅 파일은 매우매우 중요하다

 

ISP vs JTAG(디버깅)

ISP 는 그냥 코드 업로드용

JTAG 펌웨어 업로드 + 실시간 디버깅 하드웨어 테스트 가능

 

 

Atmega328p

Atmel-7810-Automotive-Microcontrollers-ATmega328P_Datasheet.pdf

8.19MB

아트메가 328p 데이터 시트

메모리 128KB Flash , 4KB SRAM , 4KB EEPROM 

 

구분             종류                                              역할                                             내용이 언제/어떻게 저장됨

Flash	비휘발성 (전원 꺼져도 유지)	프로그램 코드 저장 (명령어)	컴파일 후 업로드(Flash에 굽힘)
SRAM	휘발성 (전원 꺼지면 사라짐)	변수, 스택, 실행 중 데이터	프로그램 실행 중 생성/삭제
EEPROM	비휘발성	사용자 데이터(설정값, 기록 등)	코드에서 직접 저장/읽기 (eeprom_write)

 

Atmega328p 는 하바드 구조

 

하바드 구조

MCU가 명령어 와 데이터를 어떻게 저장하고 읽는지

변수나 데이터는 다른 메모리에 들어 있고
CPU가 이 둘을 동시에 접근할 수 있게 만든 구조

 

폰 노이만 구조

코드(명령)와 데이터가 한 메모리 공간에 섞여 있고,

CPU가 한 번에 한쪽만 접근 가능 (한 버스 사용).

명령어 읽기(fetch) 와 데이터 읽기(load/store) 를 동시에 못 함.

 

아두이노 보드 핀맵

 

MCU Block Diagram 

Flash SRAM 분리 > 하바드 구조

Peripheral(주변장치)
= CPU(코어) 에 “붙어서” 입출력, 제어, 통신, 타이머 같은 기능을 수행하는 하드웨어 장치

 

MCU Core

설명 : 프로그램 카운터가 Flash 메모리에서 명령어를 가져와  Register 과 decoder 가 이를 해석해 ALU가 볌용 레지스터를 통해 이를 수행하고 필요에 따라 SRAM에 접근을 하는 과정