사물인터넷을 위한 임베디드 시스템의 기초

임베디드 시스템의 하드웨어 아키텍처, 라이브러리, 개발 도구 및 사용 방법, 그리고 에너지 효율성에 중점을 둔 설계 기술을 설명하고 있다. 비교적 접근이 간단한 단일 시스템의 구축부터 쉽게 놓칠 수 있는 상세한 부분까지 설명하고 있기 때문에, 임베디드 시스템에 처음 입문하는 개발자는 개요를 살펴볼 수 있으며, 숙련자는 다양한 주제에 대해 고려해볼 수 있다.

1장. 임베디드 시스템: 실용주의적 접근

__도메인 정의
____임베디드 리눅스 시스템
____저사양 8비트 마이크로컨트롤러
____하드웨어 아키텍처
____도전 과제 이해하기
____멀티스레딩
__RAM
__플래시 메모리
__인터페이스와 주변장치
____비동기식 UART 기반 직렬 통신
____SPI
____I2C
____USB
__연결 시스템
__레퍼런스 플랫폼
____ARM 레퍼런스 설계
____Cortex-M 마이크로프로세서
__요약

2장. 작업 환경과 워크플로 최적화

__워크플로 개요
____C 컴파일러
____링커
____빌드 자동화
____디버거
____임베디드 워크플로
__GCC 툴체인
____크로스 컴파일러
____컴파일러 컴파일
____실행 파일 링크
____바이너리 포맷 변환
__타깃과의 상호작용
____GDB 세션
__검증
____기능 테스트
____하드웨어 도구
____오프 타깃 테스트
____에뮬레이터
__요약

3장. 아키텍처 패턴

__환경설정 관리
____리비전 제어
____추적 활동
____코드 리뷰
____지속 통합
__소스 코드 구성
____하드웨어 추상화
____미들웨어
____애플리케이션 코드
__임베디드 프로젝트의 생애 주기
____프로젝트 단계 정의
____프로토타입 제작
____리팩토링
____API와 문서
__요약

4장. 부트업 과정

__인터럽트 벡터 테이블
____시작 코드
____리셋 핸들러
____스택 할당
____장애 핸들러
__메모리 레이아웃
__부트 코드 빌드 및 실행
____makefile
____애플리케이션 실행
__다중 부트 단계
____부트로더
____이미지 빌드
____다중 단계 시스템 디버깅
____공유 라이브러리
__요약

5장. 메모리 관리

__메모리 매핑
____메모리 모델과 주소 공간
____코드 구역
____RAM 구역
____주변장치 접근 구역
____시스템 구역
____메모리 트랜잭션 순서
__실행 스택
____스택 배치
____스택 오버플로
____스택 페인팅
__힙 관리
____사용자 정의 구현
____newlib 사용
____힙 제한
____다중 메모리 풀
____일반적인 힙 사용 오류
__메모리 보호 유닛
____MPU 환경설정 레지스터
____MPU 프로그래밍
__요약

6장. 일반 목적 주변기기

__인터럽트 컨트롤러
____주변장치 인터럽트 환경설정
__시스템 시간
____플래시 대기 상태 적용
____클록 환경설정
____클록 배분
____SysTick 활성화
__일반 타이머
__범용 I/O
____핀 환경설정
____디지털 출력
____PWM
____디지털 입력
____인터럽트 기반 입력
____아날로그 입력
__워치도그
__요약

7장. 로컬 버스 인터페이스

__직렬 통신 소개
____클록과 심볼 동기화
____버스 와이어링
____주변장치 프로그래밍
__UART 기반 비동기 직렬 버스
____프로토콜 상세
____컨트롤러 프로그래밍
____Hello World!
____newlib printf
____데이터 수신
____인터럽트 기반 입출력
__SPI 버스
____프로토콜 상세
____트랜시버 프로그래밍
____SPI 트랜잭션
____인터럽트 기반 SPI 전송
__I2C 버스
____프로토콜 상세
____클록 늘리기
____다중 마스터
____컨트롤러 프로그래밍
____인터럽트 처리
__요약

8장. 저전력 최적화

__시스템 환경설정
____하드웨어 설계
클록 관리
________전압 제어
____저전력 운영 모드
____딥슬립 환경설정
____정지 모드
____대기 모드
____웨이크업 간격
__전력 측정
____개발 보드
__저전력 임베디드 애플리케이션 설계
____비지 루프를 슬립 모드로 대체
____긴 비활성 기간 동안의 딥슬립
____클록 속도 선택
____전력 상태 전환
__요약

9장. 분산 시스템과 IoT 아키텍처

__네트워크 인터페이스
____매체 접근 제어
____이더넷
____와이파이
____저속 무선 개인 영역 네트워크(LR-WPAN)
____LR-WPAN 산업 링크 계층 확장
____6LoWPAN
____블루투스
____모바일 네트워크
____저전력 원거리 네트워크(LPWAN)
____적절한 네트워크 인터페이스 선택
__인터넷 프로토콜
____TCP/IP 구현
____네트워크 장치 드라이버
____TCP/IP 스택 구동
____소켓 통신
____메시 네트워크와 동적 라우팅
__전송 계층 보안
____보안 소켓 통신
__애플리케이션 프로토콜
____메시지 프로토콜
____REST 구조 패턴
____분산 시스템(단일 실패 지점)
__요약

10장. 병렬 태스크와 스케줄링

__태스크 관리
____태스크 블록
____컨텍스트 스위칭
____태스크 생성
__스케줄러 구현
____슈퍼바이저 호출
____협업 스케줄러
____동시성과 타임 슬라이스
____블록되는 태스크
____자원 대기
____실시간 스케줄링
__동기화
____세마포어
____뮤텍스
____우선순위 도치
__시스템 자원 분리
____권한 수준
____메모리 세그먼테이션
____시스템 호출
__요약

11장. 임베디드 운영체제

__실시간 애플리케이션 플랫폼
____FreeRTOS
____ChibiOS
__저전력 IoT 시스템
____Contiki OS
____Riot OS
__POSIX 호환 시스템
____NuttX
____Frosted
__안전한 임베디드 시스템의 미래
____프로세스 분리(Tock)
__요약

★ 이 책에서 다루는 내용 ★■ 임베디드 상품의 설계 및 정의 단계에 참여
■ ARM Cortex-M 마이크로컨트롤러를 위한 코드 작성법
■ 임베디드 개발 실험 환경 구축 및 워크플로 최적화
■ 메모리 안전 코드 작성
■ 통신 인터페이스 이면의 아키텍처 이해
■ IoT 영역에 연결 및 배포된 설계 및 개발 패턴 이해
■ 멀티태스크 병렬 실행 패턴과 실시간 운영체제 이해★ 이 책의 대상 독자 ★대부분의 내용은 임베디드 시스템에 대해 배우고자 하는 다른 분야의 경험을 갖춘 소프트웨어 개발자 및 설계자를 대상으로 한다.
초심자나 경험이 부족한 임베디드 프로그래머는 특정 개발 영역으로 지식을 확장할 수 있다.
숙련된 임베디드 소프트웨어 엔지니어들은 이 책에서 제기된 논의점, 특히 차세대 임베디드 시스템을 위한 안전성, 보안 연결, 그리고 에너지 효율성에 대한 영감을 얻을 수도 있다.★ 이 책의 구성 ★1장 ‘임베디드 시스템: 실용주의적 접근’ 마이크로컨트롤러 기반 임베디드 시스템에 대해 소개한다.
2장 ‘작업 환경과 워크플로 최적화’ 사용되는 도구 및 개발 워크플로를 설명한다.
3장 ‘아키텍처 패턴’ 협업 개발과 테스트를 위한 계획 및 개발 방법론을 다룬다.
4장 ‘부트업 과정’ 임베디드 시스템의 부트 절차, 부트 단계 및 부트로더에 대해 분석한다.
5장 ‘메모리 관리’ 메모리 관리를 위한 최적의 전략을 제시한다.
6장 ‘범용 주변장치’ GPIO 핀과 기타 일반 내장 주변장치에 대한 접근을 설명한다.
7장 ‘로컬 버스 인터페이스’ 직렬 버스 컨트롤러(UART, SPI, I2C)의 통합으로 독자를 안내한다.
8장 ‘저전력 최적화’ 에너지 효율 시스템의 전력 소모를 줄이는 데 이용 가능한 기술을 살펴본다.
9장 ‘분산 시스템과 IoT 아키텍처’ 분산 및 연결된 시스템을 구축하기 위해 요구되는 사용 가능한 프로토콜과 인터페이스를 소개한다.
10장 ‘병렬 태스크와 스케줄링’ 실시간 작업 스케줄러의 구현으로 멀티태스킹 운영체제의 인프라를 설명한다.
11장 ‘임베디드 운영체제’ 구현된 안전성과 보안 메커니즘에 초점을 두고, 임베디드 세계에서 이용 가능한 오픈소스 운영체제를 알아본다.★ 옮긴이의 말 ★사물인터넷(IoT)으로 대변되는 현재의 임베디드 시스템 분야의 이슈는 단연 에너지 효율성 및 인터넷으로의 연결입니다. 인터넷 연결을 이루기 위한 기존 범용 시스템에서 사용되는 중첩 스택은 임베디드 분야로 넘어오면서 에너지 효율성을 일부 떨어뜨립니다. 따라서 목적에 맞게 운영체제 및 라이브러리를 선택하는 것이 더욱 중요합니다.
이 책은 임베디드 시스템 소개에서부터 작업 환경, 아키텍처 패턴, 부트업 절차, 메모리 관리, 일반 목적 주변기기 관리, 로컬 버스 인터페이스, 저전력 최적화, 분산 시스템, 병렬 작업 및 스케줄링, 임베디드 운영체제를 순서대로 살펴봅니다. 이를 통해 사물인터넷을 위한 임베디드 시스템을 구축하기 위한 기초 및 상세사항들을 살펴봅니다. 또한 제한된 자원을 가진 임베디드 시스템을 목적에 맞고 안정성 있으며, 안전하게 구축하는 방법을 서술합니다. 이를 통해 초심자부터 숙련자까지 임베디드 시스템을 접하기 위한 기본부터 놓치기 쉬운 상세사항까지를 다루기 때문에, 사물인터넷에 관심이 있는 개발자를 해당 분야에 발을 딛도록 하는 데 도움이 되는 책이라 생각합니다.

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