[논문]HTML5를 기반으로 한 스마트 TV와 스마트 홈용 플랫폼 개발

김광준; 강기웅; 한규철; 장승진; 윤찬호

doi:10.13067/jkiecs.2014.9.9.991

초록
AI-Helper

임베디드 시스템(Embedded System)은 프로세서, 메모리 장치, 각종 입출력장치와 같은 하드웨어와 그 하드웨어를 제어하기 위한 소프트웨어가 탑재되어 동작한다. 본 논문에서는 오픈 모바일 플랫폼인 안드로이드를 기반으로 하는 ARM Cortex-A8 Core를 사용한 SAMSUNG의 S5PV210 CPU를 장착한 임베디드 시스템을 개발함으로서 효율적인 산업용 제어를 가능하게 하는 MPU 모듈 및 Base 보드를 설계 제작하여 구현하였다. 안드로이드 OS기반의 리눅스 커널을 통해 안드로이드 응용 계층의 네이티브 앱과 HTML5를 적용한 온도 및 습도 센서 모니터링 응용프로그램을 구현함으로서 본 논문에서 개발한 임베디드 플랫폼 설계의 적합성 및 타당성을 검증한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Embedded System operates hardware installed like processor, memory device, various input/output devices and software to control them. This thesis presents MPU module and Base board which are efficient industrial control through design and manufacture as developing S5PV210 CPU of SAMSUNG used by ARM ...

Embedded System operates hardware installed like processor, memory device, various input/output devices and software to control them. This thesis presents MPU module and Base board which are efficient industrial control through design and manufacture as developing S5PV210 CPU of SAMSUNG used by ARM Cortex-A8 based on Android which is Open mobile platform is installed to embedded system. Data for temperature and humidity which are received by CAN communication module proved the suitability and validity for the embedded platform design as implementing application program employed the native App with Linux Kernel based on the Android OS and application of HTML5.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 오픈 모바일 플랫폼인 안드로이드를 기반으로 하는 ARM Cortex-A8 Core를 사용한 SAMSUNG의 S5PV210 CPU를 장착한 임베디드 시스템을 개발함으로서 효율적인 산업용 제어를 가능하게 하는 MPU 모듈 및 Base 보드를 설계 제작하여 구현하였다.
응용프로그램은 원칙적으로 Dalvik VM으로 실행함으로서 복수의 마이크로프로세서가 사용된 하드웨어 아키텍처가 혼재된 임베디드 시스템 성능을 개선하고자 하였다. 본 논문에서는 저성능 임베디드 시스템에 의존해온 산업용 제어 분야에서 저전력, 저비용, 고성능을 만족시키는 제품을 편리하게 개발하기 위한 플랫폼의 개발을 기술하였다. 기존 기술이 지원하지 못했던 다양한 주변장치 처리를 지원하기 위해 병렬 하드웨어 기능을 가지는 멀티미디어 프로세서를 이용하여 하드웨어 플랫폼을 개발하였다.

제안 방법

본 논문에서는 저성능 임베디드 시스템에 의존해온 산업용 제어 분야에서 저전력, 저비용, 고성능을 만족시키는 제품을 편리하게 개발하기 위한 플랫폼의 개발을 기술하였다. 기존 기술이 지원하지 못했던 다양한 주변장치 처리를 지원하기 위해 병렬 하드웨어 기능을 가지는 멀티미디어 프로세서를 이용하여 하드웨어 플랫폼을 개발하였다.
SDRAM은 64, 128, 256M-bit(8, 16, 32 M-byte)를 지원하며 4개의 칩을 사용하여 32비트 버스를 지원하며 SDRAM의 칩 교체와 Bank select address를 변경해서 최대 256Mbytes 까지 지원 가능하다. 실제 128Mbytes SDRAM 4개를 사용하여 32비트 데이터 버스 제어를 하며 512MB까지 기본적으로 장착되어 있으며, 1GB까지 확장 지원이 가능하도록 설계하였다. DDR2 Clock 소스는 200MHz로 동작하도록 되어있으며 데이터 전송은 32비트 버스에 400Mbps 동작 속도를 지원하고 있다.
그림 2는 MPU모듈의 전체 블록도를 나타내고 있다. 실제 응용프로그램이나 커널이 복사되어 동작하는 총 512Mbyte 용량의 SDRAM를 붙였고 부트로더 및 커널 이미지, 응용프로그램을 저장할 수 있는 512Mbyte 용량의 NAND 플래시를 붙였으며 2채널의 UART 를 통해 커널 메시지 확인이나 터미널 기능으로 사용하였다. 확장 커넥터를 이용하여 추가 서브보드 형태로 범용 I/O 포트를 통해 디버깅을 할 수 있는 LED 와 스위치를 달았고 GUI 를 위해 7인치 TFT LCD 를 커넥터를 통해 지원하며 터치스크린패널은 S5PV210 칩 내부의 컨트롤러와 직접적으로 연결하기 위하여 FET 인터페이스를 하였다.
안드로이드 플랫폼은 시스템 자원 및 각종 장치를 운용하는 리눅스 커널 위에 안드로이드 응용 프로그램을 실행하기 위한 자바 가상머신을 사용하였다. 응용프로그램은 원칙적으로 Dalvik VM으로 실행함으로서 복수의 마이크로프로세서가 사용된 하드웨어 아키텍처가 혼재된 임베디드 시스템 성능을 개선하고자 하였다. 본 논문에서는 저성능 임베디드 시스템에 의존해온 산업용 제어 분야에서 저전력, 저비용, 고성능을 만족시키는 제품을 편리하게 개발하기 위한 플랫폼의 개발을 기술하였다.
HTML5 Application 은 CAN통신을 위한 디바이스 제어는 네이티브 App에서 처리하게 되고 UI(화면구성)는 HTML5로 제작한 웹페이지로 Webkit 엔진을 통하여 대신하게 된다. 이같이 CAN통신 디바이스 제어 부분은 많은 부분이 흡사 하기 때문에 HTML5 App의 CAN통신을 위한 소스코드 분석 및 설명은 생략하도록 하겠다.
실제 응용프로그램이나 커널이 복사되어 동작하는 총 512Mbyte 용량의 SDRAM를 붙였고 부트로더 및 커널 이미지, 응용프로그램을 저장할 수 있는 512Mbyte 용량의 NAND 플래시를 붙였으며 2채널의 UART 를 통해 커널 메시지 확인이나 터미널 기능으로 사용하였다. 확장 커넥터를 이용하여 추가 서브보드 형태로 범용 I/O 포트를 통해 디버깅을 할 수 있는 LED 와 스위치를 달았고 GUI 를 위해 7인치 TFT LCD 를 커넥터를 통해 지원하며 터치스크린패널은 S5PV210 칩 내부의 컨트롤러와 직접적으로 연결하기 위하여 FET 인터페이스를 하였다.

대상 데이터

이러한 문제가 발생하는 근본적인 원인은 임피던스의 Miss Matching에서 비롯된 것으로 DDR2에서 부터는 이러한 문제를 극복하기 위해 On Die Termination 기능을 제공하고 있다. NAND Flash는 8비트 버스구조로 되어 있는 SAMSUNG의 제품을 사용하였다. NAND Flash는 512MB를 장착하고 일반 시스템버스와 동작하는 방식이 달라 별도의 컨트롤러가 필요하지만, S5PV210은 기본적으로 내부에 컨트롤러를 포함하고 있어 복잡한 설계 없이 쉽게 구현이 가능하다.
본 논문에서 구현한 개발보드는 그림 2에서 나타낸 바와 같이 SAMSUNG의 S5PV210을 메인 MCU로 사용하였다. S5PV210은 NAND 플래시 메모리로 부팅이 가능하도록 지원하고 있는데 이는 Intel Strata 플래시 메모리와 같이 NAND 플래시에 비해 가격이 비싼 NOR 플래시를 사용하는 것보다는 제품 개발비용을 절감할 수 있게 한다.
ARM Cortex-A8 마이크로프로세서는 ARM의 새로운 Cortex 제품군 중 첫 번째 애플리케이션 마이크로프로세서이다. 우수한 성능과 전력 효율성을 특징으로 하는 이 마이크로프로세서는 휴대 전화, 셋톱박스, 게임 콘솔 및 자동차 네비게이션/엔터테인먼트 시스템 등 광범위한 모바일 및 일반 소비자용 애플리케이션을 대상으로 한다. Cortex-A8 프로세서는 구현방식에 따라 성능 범위도 다양하다.
이번에 처음으로 구현된 신기술에는 미디어 및 시그널 프로세싱에 사용되는 NEONTM과 실시간 컴파일러 가속화에 사용 되는 Jazelle®RCT가 포함된다.

성능/효과

두 번째, UI(User Interface)는 HTML5 태그로 작성되었기 때문에 앞서 설명한 CAN통신을 통하여 수신되어 update 핸들러에 보내진 온도 및 습도 데이터를 HTML5화면에 출력 할 수 없다. 이러한 온도 및 습도 데이터를 HTML5 화면에 출력하여 주기 위해서 Javascript의 Plugin을 사용해 안드로이드 함수를 호출 하는 과정이 필요하다.
HTML5를 이용한 Application의 구동은 CAN통신을 위한 Activity Class 와 HTML5와 자바스크립트, CSS로 구성된 UI(화면구성), Plugin(java, js)로 이루어진다. 첫 번째, HTML5 앱 실행과정은 Main- Activity의 onCreate() 메소드가 호출되면서 시작된다. 사용자가 사용목적에 따라 maximum 또는 minimum 온도를 설정하여 저장 할 데이터 저장소 구성을 위한 Preference 객체화, Preference에 데이터를 기록하기 위한 Editor 객체화, Application 클래스 DataPool로부터 화면 갱신이 필요한지의 여부를 수신받는 update- Receiver와 Daemon과의 연결이 연결되지 않았을 때 수신받는 closeReceiver를 등록 한 후 정의 하였고, 센서로부터 현재 온도 및 습도 데이터를 수신 받아 사용자 화면에 보여주기 위해 background Service를 사용하여 Intent객체에 CantransService를 등록 및 서비스 실행 그리고 화면구성을 위한 XML 파일 호출이 아닌 웹뷰(Web View)를 통한 index.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	응용프로그램에서의 공통 컴포넌트 혹은 라이브러리는 어떤 기능을 포함하는가?	응용프로그램은 모두 자바 API를 사용하여 구현되지만 각종 응용프로그램이 사용할 수있는 공통 컴포넌트 혹은 라이브러리는 C 언어 등으로 작성되어 있는 오픈 소스 소프트웨어 기반 코드로 구성되어 있다. 이러한 공통 컴포넌트 혹은 라이브러리는 데이터베이스 처리를 위한 기능, 그래픽 처리를 위한 기능, 멀티미디어 처리를 위한 기능, 웹 응용을 실행하기 위한 기능 등을 포함한다[5].
	ARM Cortex-A8 프로세서란?	ARM Cortex-A8 프로세서는 ARM사가 ARM11이후 새롭게 선보인 차세대 저전력, 고성능 마이크로프로세서이다. 기존 ARM 프로세서가 갖는 특징인 성능 대비 전력 소모에 대한 최적화를 이루었고, 다양한 기능들이 추가적으로 탑재 되었다.
	안드로이드 플랫폼은 어떻게 구현하는가?	이는 단말기에서 하드웨어를 제외한 나머지 모든 소프트웨어 계층 즉 운영체제 (OS : Operating System)부터 미들웨어, 그리고 자바(Java) 언어로 개발되는 중요 응용프로그램, 사용자 편의 인터페이스까지 모두 포괄하는 개방형 플랫폼이라는 사실이다[4]. 안드로이드 플랫폼은 시스템 자원및 각종 장치를 운용하는 리눅스 커널 위에 안드로이드 응용 프로그램을 실행하기 위한 자바 가상머신을 사용함으로서 구현한다.

참고문헌 (9)

S. Ko, "Android Platform Trend," Communications of The Korea Contents Association review, vol. 8, no. 2, June 2010, pp. 45-49.
S. Kawaguchi, H. Nakamoto, A. Ikezoe, and M. Sato, "Development of RT-Middleware for Android Platform (RTM on Android)," J. of Society of Instrument and Control Engineers, vol. 49, no. 1, 2013, pp. 73-77.

상세보기
S. Moon, Y. Kim, H. Myeong, C. Kim, N. Cha, and D. Kim, "Implementation of smartphone environment remote control and monitoring system for Android operating system-based robot platform," 2011 8th Int. Conf., Incheon, Korea, Aug. 2011, pp. 211-214.
G. Chen, M. Kandemir, N. Vijaykrishnan, and M. J. Irwin, "PennBench : a benchmark suite for embedded Java," 2002 IEEE International Workshop on Workload Characterization, WWC-5. Austin, Texas, vol. 1, no 3, Nov. 2002, pp. 71-80.
C. Yoon, G. Kim, and C. Jang, "Design of Embedded Platform based on Android," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Science, vol. 8, no. 10, Oct. 2013, pp. 1545-1552.

원문보기 상세보기
L. Batyuk, A. D. Schmidt, H. G. Schnidt, A. Camtepe, and S. Albayrak, "Developing and Benchmarking Narive Linus Applications on Android," Proc. of 2nd Int. Conf. on Mobile Wireless Middleware, Operating Systems, and Applications (Mobilware 2009), Beriln, Germany, Apr. 2009, pp. 381-390.
L. Dan, G. Kim, and J. Lee, "Design of Smart Home Network System based on ZigBee Topology," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Science, vol. 7, no. 3, June 2012, pp. 537-543.

원문보기 상세보기
J. E. Smith and N. Ravi, "The Arichtecture of Virtual Machine," Computer, vol. 38, no. 5, May 2005, pp. 32-38.
V. Q. La, "A study on Java Virtual Machine for Real-time embedded systems," Computer Science and Software Engineering 2008 Int. Conf., on, Wuhan, Hubei, China, vol. 2, Dec. 2008, pp. 180-183.

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