90년대 중반 이후 고성능의 프로세서들은 성능 향상을 위해 명령어 수준의 병렬성을 이용하고 있다. 특히 실행화일의 호환성을 고려할 필요가 없는 마이크로컨트롤에서는 같은 하드웨어로 더 많은 함수유닛을 가질 수 있는 VLIW 구조가 널리 사용된다. 이러한 VLIW형의 마이크로컨트롤러에서는 병렬성을 추출하는 역할이 전적으로 소프트웨어에 있으므로 컴파일어가 성능향상에 매우 큰 영향을 미치게 된다. 본 논문에서는 마이크로컨트롤러의 구조와 그룹짓기 조건을 분석하고 선택 스케쥴링과 소프트웨어 파이프라이닝을 이용한 VLIW형 마이크로컨트롤러용 최적화 컴파일러를 구현하고 그 성능을 측정한다.
본 논문에서는 마이크로컨트롤러에서 6축 IMU 센서를 사용한 제스쳐를 인식하기 위한 최적화된 학습 방법을 제안한다. 6축 센서값을 119번 샘플링할 경우 특징 차원이 매우 크기 때문에 다층 신경망을 이용할 경우 학습파라미터가 마이크로컨트롤러의 메모리 허용량을 초과하게 된다. 본 논문은 성능은 유지하며 학습 파라미터 개수를 효과적으로 줄이기 위한 마이크로컨트롤러에 최적화된 1D CNN을 제안한다.
최근 COVID-19 등의 영향으로 온라인 교육에 대한 요구가 급증하고 있다. 공학계열의 온라인 교육에 있어 가장 큰 어려움 중의 하나는 실험관련 교과목을 어떻게 효율적으로 온라인상에서 수행할 수 있느냐는 것이다. 본 연구에서는 전기전자정보통신 분야 교육에서 필수적으로 요구되는 마이크로컨트롤러 응용 학습을 위해 사용할 수 있는 가상실험 시스템 구축을 위해 반드시 필요한 마이크로컨트롤러 기능 모델링에 대해 기술하고, 자바언어로 구현하여 가상 실험에 적용함으로써 그 유용성을 검증하였다.
오늘날 우리가 사용하고 있는 대부분의 전자제품에는 마이크로 컨트롤러가 내장되어 있으며, 이를 내장한 미니컴퓨터를 임베디드 시스템이라고 한다. 이러한 소규모 환경에서는 마이크로 컨트롤러에 응답성이 매우 중요한데 본 논문에서는 마이크로 컨트롤러에 기본적인 입출력 제어, 타이머/카운터 인터럽트 동작원리 및 이해에 대한 내용과 더불어 마이크로 컨트롤러 내의 플래시메모리에 각 프로그램 실행 루틴인 메인 루틴 및 인터럽트 서비스루틴에 대한 특징 및 프로그램 실행 순서를 컨트롤하여 처리율과 레이턴시를 개선하는 프로그램 로직을 제안하고 있다. 본 논문에서의 하드웨어 시뮬레이션은 아트멜사와 마이크로칩사에서 출시한 ATmega128과 PIC16F877A 마이크로 컨트롤러를 이용하여 검증이 실시되었다.
본 논문에서는 마이크로컨트롤러의 기능을 수행하는 데 필수적이며 사용빈도가 높다고 판단되는 총 64개의 명령어를 정의한 후 이를 처리할 데이터패스를 구성해 스테이트 머쉰으로 제어하는 방식으로 VHDL로 설계를 하고 FPGA로 구현했다. 기존의 마이크로컨트롤러 관련 연구에서는 기능적 시뮬레이션까지만 했기나, 인터럽트 기능이 없든지, 하드웨어로 구현을 하지 않았었다. 본 논문에서는 데이터 이동, 논리, 가산 연산 및 분기, 점프 연산을 실행할 수 있도록 해 간단한 연산 및 제어용도에 적합하도록 하였고, 스택, 외부 인터럽트 기능을 지원하도록 해 그 자체로서 완전한 마이크로컨트롤러가 되도록 하였다. 타이밍 시뮬레이션으로 검증 후 제작 과정을 통해, 설계된 마이크로컨트롤러가 정상적으로 동작함을 확인하였다. 심지어 프로그램 ROM까지도 칩 안에 넣어 전체 마이크로컨트롤러를 단일 칩으로 구현하였다. Altera MAX+PLUS II 통합개발환경 하에서 EP1K50TC144-3 EPGA 칩으로 구현을 하였고 최대 동작주파수는 9.39MHz까지 가능했고 사용한 로직 엘리먼트의 개수는 2813개로서 논리 사용률은 97%이었다. 본 연구의 결과는 핵심 기능이 요구되는 마이크로컨트롤러 IP로서도 사용할 수 있고, 모든 코드가 VHDL로 작성되어 있으므로 사용자의 요구에 따라 기능을 추가할 수도 있다.
유비쿼터스 환경에서 소형, 저전력의 임베디드 시스템은 저가로 구성되는 시스템이라는 특성으로 인해 넓고 다양한 지역에 분포될 수 있고 분포 시킬 시스템의 개수와 설치 방법등에 있어 큰 유연성을 가지고 있어 그 활용에 있어 매우 큰 잠재적인 요소를 보유하고 있다. 이러한 시스템에 채용되는 마이크로컨트롤러는 매우 제한된 메모리 용량과 낮은 클럭속도, 낮은 레벨의 연산 성능을 가지는게 일반적이다. 본 논문에서의 마이크로 컨트롤러를 위한 영상 촬영 및 압축 시스템은 이러한 소형의 마이크로 컨트롤러를 사용한 소형의 저전력 임베디드 시스템에서 사용하기 위한 목적의 영상 촬영 및 압축을 위한 시스템이다. 본 시스템은 영상을 촬영하고 촬영된 영상을 JPEG로 압축하며 이를 내부 메모리에 보관함으로써 저사양의 마이크로컨트롤러를 가지는 시스템과 낮은 데이터 전송률을 가지는 통신 환경에서도 이미지 기반의 서비스를 제공할 수 있는 환경을 제공하면서 동시에 매우 소형의 시스템으로 배터리 동작 기반의 저전력 시스템을 위한 설계로 유비쿼터스 환경의 구성에 매우 유용한 기능을 제공한다.
본 논문에서는 임베디드 시스템에서 사용되는 대표적 저전력 마이크로컨트롤러인 ATmega128을 대상으로 명령어 레벨의 소모전류를 측정, 모델링하였다. 마이크로컨트롤러가 소모하는 전류는 메모리의 접근 유무에 의해 차이가 나며, 메모리 접근 명령어가 메모리 비접근 명령어에 비해 내부 메모리 기준으로 17% 더 높은 전류소모를 나타낸다. 프로그램의 메모리 접근 명령어 사용빈도가 높을수록, 메모리 계층구조에서 낮은 계층의 정보를 접근할수록 프로그램의 전력소모는 비례한다고 관찰된다. 본 논문에서는 명령어 레벨의 소모전류모델화를 통하여 실제 프로그램의 전력소모를 예측, 분석하고 메모리 접근 명령어의 비율을 줄이는 방향으로 프로그램의 전력소모를 최적화한다. 또한 마이크로컨트롤러 기반 시스템에서 프로그램 실행 전력을 최적화할 수 있는 기법을 하드웨어와 소프트웨어 측면에서 다양하게 제안한다.
본 논문에서는 IoT 기기에 내장되는 마이크로컨트롤러의 1개 아날로그 포트를 이용해 1개의 아날로그 입력과 2개의 디지털 스위치 입력을 각각 입력받을 수 있는 방법을 제시하였다. 제시한 방법은 아날로그 입력포트의 입력전압 범위 중 상한선과 하한선을 정해 이 구간은 아날로그 입력 전압을 입력받고, 디지털 스위치들은 각각 상한선과 하한선의 경계를 초과하도록 구성하였다. 제시한 방법의 성능을 입증하기 위해 마이크로컨트롤러를 이용해 회로를 구성하고 실험하였으며, 그 결과 3종류의 입력들이 모두 1개의 아날로그 포트를 이용해 각각 감지할 수 있으므로 본래 필요했던 3개의 입력포트가 1개의 입력포트로, 즉 33%로 줄어드는 효과가 나타남을 확인하였다.
스마트 기기의 급격한 발전, 의료분야와 IT 기술의 융합, 소비자들의 높아지는 요구로 인해 8 비트 이하 마이크로 컨트롤러의 활용도가 높아질 전망이다. 이 논문에서는 EISC구조의 8 비트 마이크로 컨트롤러인 NH800의 ISA를 소개하고, 마이크로 컨트롤러를 위한 오픈소스 컴파일러인 SDCC에서 사용하는 ASxxxx Tool을 이용한 NH800 어셈블러 포팅을 제시한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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