임베디드 시스템의 응용 현황과 전망

임베디드 시스템 시장이 빠른 속도로 성장을 거듭하고 있다. 산업용 제어기기 및 무선시스템에서 기술적인 발전을 추구했던 임베디드 시스템은 이제 정보통신 기술 및 유무선 네트워크 기술을 적극 수용하면서 정보서비스, 군사, 우주항공 및 산업 자동화 분야에서 지능형 정보 시스템의 핵심으로 성장해 나가고 있는 중이다. 

글_ 오승모 기자

 

임베디드(Embedded)라는 단어 자체는 '끼워넣다'라는 뜻인데 보통 컴퓨터 시스템에서는 '내장'이라는 의미로 해석된다. 일반적으로 우리가 사는 세상에는 크게 소프트웨어적 요소와 하드웨어적 요소 나눌 수 있다. 그리고 하드웨어와 소프트웨어가 마치 서로 다른 관계가 없는 것처럼 생각되어져 온 것이다.

하드웨어의 생명력을 불어넣는 것이 소프트웨어의 역할로 부각되어 온 것이 국내의 경우 90년대 들어서 부터다. 예를 들어 세탁기의 경우 초기 모델은 세탁과 탈수 기능만 수행하는 단순한 하드웨어에 의해 제어되는 기능을 수행했는데 최근 생산되는 세탁기는 옷감의 종류, 세탁할 옷의 양, 세탁물의 종류에 따른 세제와 물의 양과 온도 등을 고려해 세탁할 수 있도록 지능화되었다. 이는 하드웨어적 요소인 마이크로프로세서와 변경이 가능한 고도의 제어 프로그램인 소프트웨어 요소가 내장되어 새로운 기능이 필요한 경우 쉽게 프로그램만 변경해 주기 때문에 가능하다.

또한 PDA, MP3, 핸드폰 등에서 디스플레이 되는 액정 등은 하드웨어적 요소이고 실질적으로 통신을 하는 부분이나 데이터의 이동 등은 소프트웨어적 요소가 결합된 것이다. 하드웨어적 요소라는 것은 단순히 외형을 이루는 것을 칭하는 것이 아니라 객체가 기능을 완수하도록 내부에 결합된 장치들을 말하고, 그것을 정해진 순서 또는 이벤트에 따라 적절히 대응하도록 프로그램된 것이 소프트웨어적 요소이다.

마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 전자회로, 전기이론, 절삭, 기계공작 등의 하드웨어적 요소들과 C, Assemble, C++, RTOS(Real Time Operating System) 등 소프트웨어적 요소들이 모두 갖추어져야 올바른 시스템이라 할 수 있다. 이 두 요소인 컴퓨터 하드웨어와 소프트웨어가 조합되어 특정한 목적을 수행하는 시스템이 바로 임베디드 시스템(Embedded System)이다.

임베디드 시스템의 일반적인 의미는 마이크로프로세서나 마이크로컨트롤러를 내장하여 원래 제작자가 의도한 특정한 기능만을 수행하는 장치이다. 즉 미리 정해진 특정한 기능을 수행하도록 프로그램이 내장된 시스템이고, 일반적으로 보다 큰 시스템의 일부이거나 독립된 시스템이고 특별한 임무를 수행하거나 사용자가 임의로 정한 임무를 수행한다.

임베디드 시스템은 여러가지 이점이 있다. 우선 다양한 기능을 더하거나 향상시킬 때 비싼 하드웨어를 교체하는 것이 아니라 소프트웨어만 교체함으로써 제품 생산의 경비를 줄이고 유지보수를 보다 쉽게 할 수 있다는 장점이 있다. 특히 시스템을 개발하고 생산할 때 단순히 하드웨어 위주로 개발된 시스템인 경우에는 제품을 모방하므로 지적재산권을 보호하기 어려우나 임베디드 시스템으로 제품을 생산할 경우에는 소프트웨어로 구성되는 부분이 감춰지기 때문에 지적 재산권 보호가 용이하다. 이 임베디드 시스템은 각종 산업용 자동화기기 및 제어 시스템을 비롯하여 자동차, 우주, 항공, 의료기기 및 개인 휴대용 단말, 지리정보 시스템, 정보가전, 게임기기 등에 사용되는 시스템을 총칭한다. 

부가가치 창출의 새로운 창

현재 빠르게 성장하고 있는 임베디드 산업은 기술 혁신과 시장에서의 치열한 경쟁에 의해 새롭고 역동적인 양상으로 전개되고 있다. 임베디드 시스템은 일반적인 목적보다는 특수한 애플리케이션용으로 설계되기 때문에 이 산업계는 자체 개발을 추구하는 수백개의 소형 업체들이 난립하고 있다. SoC(System-on-Chip)의 출현으로 산업계는 보다 복잡한 시스템 설계를 위해 역동적인 구조변화를 일으키는 창조적인 새로운 솔루션을 필요로 하게 되었다. 많은 임베디드 업체들은 임베디드 소프트웨어 요구에 대응할 원스탑샵(One Stop Shop)이 되기 위해 다른 업체를 적극적으로 인수 합병하고 있으며, 임베디드 하드웨어 업체와 장비업체들까지 임베디드 소프트웨어 산업에 진입하기 시작하여 더욱더 치열한 경쟁환경이 조성되고 있다.

당초 산업용 기기를 제어하기 위해 사용되던 임베디드 시스템은 공장 자동화 및 가정 자동화에 필요한 자동제어 시스템을 비롯하여 각종 디지털 정보가전 기기, 자동 센서 장비 등의 기능을 다양화하고 부가가치를 높일 수 있는 핵심으로 자리매김하고 있다. 최근에는 임베디드 소프트웨어의 멀티미디어 처리, 다중작업 및 실시간 처리 능력이 강화되고 유무선 통신 및 네트워크와의 접목으로 전통적인 제조 유통 금융 서비스 산업 뿐만 아니라 항공 우주 국방 의료 멀티미디어 통신 및 에너지 개발 등의 첨단 분야에 이르기까지 그 사용범위와 영향력이 점점 커지고 있다.

주요기술 및 적용분야

임베디드 하드웨어 분야는 임베디드 시스템용 마이크로프로세서가 고성능화되고 있으며, 저가의 휴대용 정보기기를 위한 고성능, 저전력 임베디드 시스템의 요구가 증가하면서 Configurable IP 및 Configurable SoC 플랫폼 기술개발로 발전하고 있다. VxWorks, pSOS, QNX와 같은 전용 RTOS는 지원 기능을 다양화하여 새로운 요구에 부응해야 할 것이며, 유무선 통합 서비스 환경에서는 XML을 기반으로 하는 웹 서비스 방식이 사용될 전망이다. 또한 Oracle, Sybase, IBM 등 상용 DBMS 업체들이 모바일 단말기 탑재용으로 초경량의 이동 DBMS를 제공하고 있으나 앞으로 다양한 단말기 자원에 맞게 재구성할 수 있는 기술과 시간 제약성을 고려한 실시간 처리 기술이 필요하게 될 것으로 보인다.

임베디드 미들웨어 분야에서 위치기반 상황인식 서비스는 모바일 컴퓨팅 환경에서 수시로 이동하는 단말과 사용자의 위치를 인식하여 다양한 위치 인식 응용에 활용할 수 있도록 하는 것으로, MS이 UPnP(Universal Plug and Play), SUN의 Jini, Oracle의 9iASWE(Oracle9i Advanced Search Wireless Enabling), CMU의 Coda, UCL의 XMIDDLE(Information Sharing Middleware for Mobile Environment) 등이 있다. 이동성 지원기술은 고속의 WLAN 개발과 WPAN(Wireless Personal Area Network)의 활용이 높아짐에 따라 빠른 로밍과 마이크로 모빌리티의 연구가 활발하게 수행되고 있다. 시스템 및 네트워크 환경에 적용하여 서버로부터 클라이언트로 다운로드되는 멀티미디어 스트리밍 기술은 MS의 DirectX8.1과 WMF(Windows Metafile), SUN의 JMF(Java Media Framework), Real Networks의 Real Player 등에서 개발중이다. 또한 분산 실시간 미들웨어 기술은 SUN과 IBM이 공동으로 연구하고 있는 Real-Time JAVA를 비롯하여 HP의 J-Consortium, OMG(Object Management Group)의 RealTime-CORBA, Washington Univ.의 TAO1 등에서 연구가 활발하게 이루어지고 있다.

임베디드 소프트웨어 개발도구 분야에서 임베디드 시스템 개발을 지원하는 전통적인 통합 개발환경은 많이 있지만 특정 임베디드 OS만을 지원하는 경우가 대부분이다. WindRiver사의 Tornado는 VxWorks RTOS를 지원하며, GNU 툴킷, Interactive shell, WindView 등의 도구들이 통합된 편리한 사용자 인터페이스를 제공하여 세계 1위를 점유하고 있다. 한편 Borland, IBM, Merant, QNX, Rational Software, RedHat, SuSE 등이 공동으로 eclipse 개발 환경을 개발중인데 eclipse는 데스크탑용으로 공개된 상태로 임베디드 개발 환경 까지는 아직 지원하지 못하고 있다. 임베디드 SW의 소프트웨어 특성상 분산 환경을 고려해야 하지만 이를 고려한 임베디드 개발 도구도 아직 개발되지 않고 있다.

마지막으로 임베디드 응용 및 서비스 분야를 살펴보면, 항공 및 군사용에 주로 사용되는 실시간 제어 응용은 지금까지는 한 시스템에 모든 센서가 연결되어 동작하는 형태였지만, 유비쿼터스 컴퓨팅 환경에서는 응용에 필요한 요소들이 네트워크 상에 존재하면서 동적으로 재구성되어 실행될 것이다. 정보 단말과 네트워크의 특성에 따라 적절한 성능의 컨텐츠를 서비스하는 적응형 스트리밍 기술이 MPEG-4에서 제안되었지만 아직 초기 연구 단계이며, UMTS/IMT-2000과 공중 WLAN/WPAN 이 통합되는 글로벌 IP환경에서 사용자 및 단말의 빈번한 위치 변동과 무관하게 동일한 서비스를 제공하기 위한 마이크로 핸드오프와 로밍, 모바일 IP 기술 연구를 3Com, Bay, Cisco, Digital 등에서 수행하고 있다. 한편 도로 상황과 차량 상태에 따라 효과적인 교통상황을 유지하기 위한 기술은 원격 교통정보수집 단계에서 첨단 교통관리, 첨단차량시스템, 첨단도로시스템 등의 기술이 포함된 ITS로 발전하고 있다. 

한편 임베디드 소프트웨어의 주요 적용분야로는 디지털 TV, 세탁기, 냉장고, 전자레인지, 전기밥솥, 진공청소기, 에어컨 등 본래 기능외에 다양한 정보처리 기능을 갖추게 될 정보 가전 제품, 핸드폰 및 PDA 단말기, HW만으로 확장성, 유연성, 안정성 등을 확보하기 어려운 공장자동화 및 자동제어, 그리고 항공, 우주, 국방, 의료, 멀티미디어 통신, 에너지 개발 등 정밀한 반응과 처리능력이 필요한 첨단 특수 분야 등을 들 수 있다.

급속성장에 나선 임베디드 시장

임베디드 시스템의 세계시장은 2002년에 약 1000억 달러 규모이고 임베디드 소프트웨어 분야는 약 200억 달러 규모로 나타났으며, 이는 매년 20%의 성장률을 보이고 있고, 2007년에는 약 500억 달러까지 성장할 것으로 전망된다. 특히 국내시장은 2002년에 7천8백억원에서 오는 2007년에는 1조 9천억원 규모로 급격히 성장할 것으로 분석되고 있다.

특히 소프트웨어 시장에서의 각축전이 활발하다. 임베디드 운영체제(OS) 분야는 PC 시장과 같이 특정 OS가 시장을 독점하지 못하고 있고 적용제품의 종류, 규모에 따라 여러 종류의 상용 및 비상용 제품이 다양하게 출시되고 있다. 또한 임베디드 OS 및 플랫폼, 애플리케이션 시장을 놓고 경쟁이 치열하다. 즉 VxWorks를 비롯하여 RTOS, 윈도우 CE, 임베디드 리눅스, SUN의 Java, 일본의 Tron 등이 있다.

하드웨어 측면에서 보면, 대부분의 프로세서가 임베디드 시스템용으로 사용되고 있다. 또한 데이터의 처리용량 증가에 따라 32비트 코어에서 64비트 코어로 발전했다. 특히 기능면에서 고성능의 파이프라인, DSP, 자바 처리 전용 하드웨어가 추가되는 추세이며, 많은 종류의 마이크로프로세서 및 컨트롤러들 중에서 응용에 최적인 제품을 찾아내는 것이 설계에서 매우 어렵고 중요한 작업이 되었다. 네트워크 분야에서는 유무선 네트워크의 대역폭이 계속 증가하고 정보기기를 통해 어디서나 다른 정보 시스템에 접근이 가능한 WLAN, Bluetooth 등의 액세스 네트워크 구축이 핵심기술로 등장했다. SoC(System-on-Chip)는 CPU, 메모리, DSP, I/O 등을 하나의 칩으로 만드는 기술로 CPU 칩, 메모리 칩, 주변장치 칩들을 따로 사용하여 설계할 수 있고,각 칩에 해당되는 회로를 각각의 IP로 확보해서 한 개의 칩으로 설계하는 수만 게이트급의 설계가 가능하다.

실시간 시스템의 운영체계는 간단하고 단순한 순차적인 작업에 관련되어 있는 것으로 순차적인 프로그램으로 충분하였으며 8비트, 16비트 마이크로프로세서 및 마이크로컨트롤러를 사용한다. 임베디드 시스템에서의 운영체제는 시스템 자체가 실시간 시스템에 비해 대형화되고 32비트 RISC 마이크로프로세서를 사용하고, 네트워크와 연결되고, GUI 환경이 강화되어 있어 기능이 많아지고 복잡해졌다. 현재는 임베디드 시스템의 다각화 추세로 MS의 윈도우 CE와 공개 소스 기반의 임베디드 리눅스 중심으로 시장이 재편되고 있다. 

향후 전망

자동차, 통신, 인터넷 및 가전 시장에서의 스마트 장비에 대한 무궁한 잠재력이 조만간 전세계 임베디드 소프트웨어 산업을 크게 성장시킬 것으로 전망되는 가운데, 이 산업 성공여부는 업체들의 고품질, 고신뢰성 및 고성능 SW와 개발 도구 설계 능력에 의해 좌우된다. 또한 많은 제품에 대한 특별한 고객화 요구 때문에 저비용과 짧은 시장진입을 유지하는 것이 매우 중요하며, 기술과 판매 지원이 기존 고객의 유지와 새로운 고객층 발굴에 필수적이다.

최근 더욱 강력한 암호화 성능, 향상된 멀티미디어 API, 그리고 통신 API 코어 셋 등의 지원을 받는 핸드헬드 장비로부터 요구가 증가하면서, Palm과 Microsoft 같은 업체들은 전화와 PDA 성능의 통합에 따라 적절한 API 내에 내장되는 OS를 지원하는 기능들을 필요로 하고 있다. 또한 장비에 임베디드 Linux가 채택되면서 전체적인 임베디드 OS 시장의 매출이 분명히 감소할 것으로 예상된다. 시스템 개발자들은 Linux의 초기 설치비용이 없다는 점을 일단 장점으로 인식하고 있지만, 임베디드 OS를 구동하는 자동차, 항공 또는 가전용 솔루션 개발을 관리하기 위한 개발이 더 필요하다는 사실도 곧 알게 될 것이다.

한편 임베디드 OS 시장은 Mocrosoft, Wind River Systems, PalmSource 및 Symbian 등이 시장을 주도하고 있지만, 시장이 계속 역동적임을 감안할 때 규모가 작은 업체들이 진출할 수 있는 틈새시장은 여전히 남아있다. 소규모 업체는 자사의 임베디드 OS 환경과 Linux API 에 대해 작성된 애플리케이션간의 브릿지를 제공하는 것을 포함해개방형 소스 개발업계를 포용할 수 있는 것을 추진할 필요가 있다. 그리고 휴대성 문제 때문에 애플리케이션 소프트웨어 업체는 임베디드 OS 환경내에서 여전히 와일드카드로 남을 전망이다.

2005년 기사 작성