임베디드 시스템 개발자를 위한 학습 로드맵: 전문성 달성을 위한 핵심 스킬
이 로드맵은 임베디드 시스템 개발자로 성장하기 위해 필요한 주요 스킬과 개념을 안내합니다.임베디드 시스템을 마스터하려면 아두이노만으로는 충분하지 않습니다. 이것은 놀이터가 아니라 엔지니어들을 위한 전장입니다.
초급자를 위한 핵심 스킬:
GPIO, Timers, Interrupts, PWM, Counters, UART 등 임베디드 개발의 기본 개념 학습.
중급자를 위한 핵심 스킬:
Clock Management, ADC/DAC, I2C, SPI, Watchdog 등 심화된 기술 학습.
전문가를 위한 핵심 스킬:
Power Management, Memory Management, Bootloaders, Bluetooth, WiFi 등 고급 주제 탐구.
컴파일러, 링커, 툴체인 활용:
IDE에서 작성한 코드가 마이크로컨트롤러에서 어떻게 동작하는지 이해.
메모리 관리:
마이크로컨트롤러의 한정된 자원을 효율적으로 활용하는 방법 학습.
부트로더 및 다중 애플리케이션 저장:
부트로더 및 플래시 메모리에 다중 애플리케이션 저장 및 관리 방법 이해.
인터넷 의사 통신 (IoT):
IoT 개발 핵심 개념 및 실제 적용 방법 소개.
기타 중요한 주제:
무선 프로토콜, 자동차 통신, 고속 통신 및 네트워크 프로토콜 등 다양한 주제에 대한 이해.
디버깅 및 테스팅:
임베디드 시스템에서 코드 디버깅과 유닛 테스트의 중요성 이해.
소프트 스킬 및 개인 발전:
소프트 스킬 강화를 통한 개인적인 성장과 조직 내에서의 발전.
개인 프로젝트 구현:
자신만의 개발 키트를 만들고 프로젝트를 통해 실전 경험 쌓기.
LLM(대형 언어 모델)의 활용:
대형 언어 모델을 임베디드 시스템에 활용하여 지능적이고 혁신적인 기술 개발.
이 로드맵을 통해 개발자는 임베디드 시스템의 전문성을 향상시키고, 실전에서 요구되는 기술과 지식을 습득할 수 있습니다.
임베디드 엔지니어링은 코드 작성만이 아니라 전체 하드웨어 생태계, 물리적 제약 사항, 소프트웨어가 하드웨어 작동을 조율하는 방식 등을 이해해야 합니다. 이를 위해서는 전원 소비, 메모리 관리, 하드웨어 레지스터, 주변장치 등에 대한 깊은 이해가 필요합니다.
이러한 지식을 얻기 위해서는 데이터시트를 읽을 수 있어야 하며, 임베디드 장치를 구성하고 효과적으로 문제 해결할 수 있어야 합니다. 예를 들어, ADC 클럭을 구성하기 위해서는 PPRE, CKMODE, PCLK와 같은 여러 레지스터를 구성해야 할 수 있습니다.
이 글에서는 기본적인 전자학, 디지털 논리 설계, 컴퓨터 구조, 알고리즘 및 자료 구조 등의 과목들을 추천하고 있습니다. 이를 통해 임베디드 시스템 엔지니어로서의 기초를 다질 수 있습니다. 임베디드 시스템 분야에서의 학습은 소프트웨어와 하드웨어 모두에 대한 깊은 이해가 필요하며, 코드를 최적화하고 문제를 해결할 수 있는 능력도 중요합니다.
프로그래밍 언어
임베디드 시스템 분야에서는 프로그래밍의 기본적인 이해만으로 충분하다는 생각을 종종 만납니다. 그러나 저는 이견을 가지고 있습니다.
이 분야에서는 포인터와 구조체를 완전히 활용하며, 때로는 일반 소프트웨어 엔지니어가 흔히 사용하지 않는 구문을 다루기도 합니다.
오늘날은 어셈블리, C, C++, Python, Rust 등 다양한 프로그래밍 언어를 마이크로컨트롤러 프로그래밍에 사용할 수 있습니다. 저의 강력한 권장은 C에 대한 숙련도 개발에 집중하는 것입니다. 이에 어셈블리 언어의 기본적인 이해를 보완하는 것이 좋습니다.
포인터, 구조체, 비트 조작에 대해 극도로 뛰어난 이해가 필요합니다. 16진수 표기법은 숫자를 나타내는 데 자주 사용됩니다.
청결한 코드 작성, 설명적인 변수명 사용, 효율적인 코드 구조 구현은 임베디드 시스템에서 중요한 기술입니다.
코드는 초보자에게는 압도적일 수 있습니다. 그러나 프로그래밍, 알고리즘, 데이터 구조의 기초에 대한 견고한 이해의 중요성을 강조합니다.
열거형, 구조체, 공용체, 포인터, 버퍼, 상태 머신들이 여러분의 가장 친한 친구가 될 것입니다.
적어도 하나의 마이크로컨트롤러에 능숙해지기
첫 번째 마이크로컨트롤러용 개발 보드를 구입하세요. PIC18 시리즈는 사용자 친화적인 특성으로 인해 훌륭한 시작점입니다. ARM 아키텍처를 기반으로 한 STM32 마이크로컨트롤러는 초보자에게는 좀 더 도전적일 수 있습니다.
필요한 모든 장비를 갖추면 마이크로컨트롤러 프로그래밍을 마스터하기 위해 준비가 되었습니다. 제안된 학습 순서를 따르고 키트에서 센서를 사용하여 지식을 실제로 적용하고 테스트하세요.
마이크로컨트롤러 작업은 데스크톱이나 PC에서 선호하는 IDE에서 작성한 코드가 마이크로컨트롤러에서 어떻게 작동되는지를 이해하는 것을 요구합니다.
컴파일러는 높은 수준의 코드를 마이크로컨트롤러가 이해할 수 있는 기계 코드로 번역하여 연결합니다. 그런데 이 지식이 왜 중요할까요? 간단합니다. 최적화입니다. 마이크로컨트롤러는 자원이 제한적이므로 하드웨어 기능을 최대한 활용하기 위해 코드를 성능 및 자원에 최적화해야 합니다.
메모리 관리는 배워야 할 또 다른 개념입니다. 마이크로컨트롤러는 자원이 제한적인 장치입니다. 메모리를 신중하게 관리해야 합니다. 그렇지 않으면 프로젝트를 완료하기 전에 코드를 저장할 공간이 부족할 수 있습니다.
마이크로컨트롤러의 플래시 메모리에 여러 응용 프로그램을 저장하고 필요할 때 전환하려면 이러한 유연성을 제공하는 효과적인 메모리 관리가 중요합니다. 링커 스크립트의 효과적인 사용은 마이크로컨트롤러의 메모리를 최대한 활용하여 응용 프로그램이 원활하고 효율적으로 실행되도록 보장합니다.
사물 인터넷 (IoT):
사물 인터넷 (IoT)은 또 다른 큰 주제입니다. 아마도 완전한 하위 도메인이 될 수 있습니다. 임베디드 장치는 인터넷에 연결되어 데이터를 클라우드로 보내 처리, 분석 및 저장할 수 있습니다. 이 데이터는 모바일 애플리케이션에서 시각화 및 기타 목적으로 검색할 수 있습니다.
기타 중요한 주제:
단일 마이크로컨트롤러에 모든 것이 들어 있는 것은 아니지만 임베디드 엔지니어로서 다음 주제에 대한 기본 지식을 갖추는 것을 권장합니다:
무선 프로토콜: Lora, Zigbee, Thread, Matter
자동차: CAN, LIN, MOST, FlexRay, AutoSAR.
고속: Ethernet, USB, PCIe
네트워크: TCP/UDP, HTTP, MQTT
셀룰러: GSM/LTE, LTE-M/5G, NB-IoT
거의 모든 것에 대한 소스 코드를 온라인에서 찾을 수 있지만,이를 완전히 의존하는 것이 공학의 본질은 아닙니다. 학습 단계에서 기초를 익히고 기반을 다지며 원리를 이해하고 작동 방식을 파악하고, 가장 중요한 것은 실습하고 프로젝트를 개발하세요!
데이터시트는 여러분의 가장 친한 친구입니다. 데이터시트를 읽고 마이크로컨트롤러를 구성하는 데 익숙해져야 합니다. 커리어 중에 커뮤니티 지원이 적은 마이크로컨트롤러를 사용할 수도 있습니다. 이러한 경우에 데이터시트를 읽고 이해하는 능력은 가치가 있습니다. 따라서 데이터시트를 편안하게 읽고 이해하는 것은 성공에 필수적입니다.
버전 관리 배우기 (GIT)
과거에는 많은 개발자들이 코드를 공유하기 위해 USB 드라이브를 사용했습니다. 이는 메모를 주고 받는 것처럼 보였지만 종종 혼란과 실수로 이어졌습니다. 중요한 작업을 잃거나 버전을 혼동하는 경우도 있었습니다. 그런 다음 GIT이 등장했고, 이것은 코드를 공유하고 관리하는 것을 훨씬 쉽게 만들었습니다. USB 대신 개발자들은 이제 모든 변경 사항을 추적할 수 있었고, 서로의 작업을 망치치 않고 함께 작업할 수 있었으며, 필요한 경우 이전 버전으로 돌아갈 수도 있었습니다. 이것은 편지를 우편으로 보내는 것에서 실시간 메시지로 이동한 것과 같았습니다. 함께 코딩하는 과정이 더 원활하고 안전해졌습니다.
FPGA
FPGA(Field-Programmable Gate Arrays)에 대해 배우는 것은 복잡한 시스템을 구축하고 작업하는 사람들에게 유용합니다. FPGA를 사용하면 하드웨어를 매우 밀접하게 제어할 수 있습니다. 논리 게이트와 같은 시스템의 부품들과 직접 작업할 수 있으며, 하드웨어 합성 및 기타 세부 사항을 이해할 수 있습니다. 때로는 예상대로 시스템이 작동하지 않는 추가적인 지연을 야기하는 요인을 이해할 수도 있습니다.
단위 테스트
단위 테스트는 소스 코드의 작은 부분이 예상대로 작동하는지 확인하기 위한 전략입니다. 임베디드 시스템 개발에서는 이러한 테스트를 주 컴퓨터와 대상 하드웨어에서 실행할 수 있습니다. 이 접근 방식을 통해 코드의 논리를 다양한 입력 및 조건으로 철저하게 테스트할 수 있습니다. 코드를 빠르게 실행하도록 변경하면 누구나 단위 테스트를 실행하여 모든 것이 여전히 올바르게 작동하는지 확인할 수 있습니다. 이를 통해 개발 프로세스가 더 효율적으로 진행됩니다.
테스트 주도 개발(Test-Driven Development, TDD)이라는 개발 프로세스도 있습니다. 이 프로세스에서는 테스트가 코딩을 안내합니다. 즉, 실패하는 테스트를 먼저 작성한 다음 테스트를 통과할 수 있을 정도로 코드를 작성합니다. 이 기술은 개발을 가속화하고 테스트가 항상 현재 코드 상태를 반영하도록 하여 실시간 문서로서의 역할을 하게 합니다.
자신만의 개발 키트 만들기
학습 과정 중 가장 풍부한 경험 중 하나는 처음부터 개발 키트를 조립한 것이었습니다. 필요에 따라 LCD 인터페이스 추가, 디버그 LED 추가 등을 설계할 수 있었습니다. 페리퍼럴, 플래싱 프로세스 및 필요한 회로를 이해해야 합니다. 따라서 전기 회로의 기초를 이해하는 것이 여기서 크게 도움이 될 것입니다.
임베디드 시스템에서 대형 언어 모델(LLM) 사용
ChatGPT를 발표하면서 LLM은 인터넷의 모든 SaaS 기반 소프트웨어의 구성 요소가 되고 있습니다. 이는 임베디드 시스템에서 혁신과 효율성에 대한 새로운 지평을 열고 있습니다. LLM의 분석력은 장치 지능을 향상시키고 복잡한 의사 결정 프로세스를 자동화하며 임베디드 시스템에 정교한 기능을 직접 도입할 수 있습니다.
사용자 습관과 선호도에 따라 개인화된 제안을 제공할 수 있는 스마트 홈 기기부터 자연어로 문제를 진단하고 전달할 수 있는 산업용 센서까지, 사용 사례는 넓고 파급력이 큽니다. 이 기술은 시간이 흐름에 따라 매우 빠르게 성장할 것입니다. 따라서 LLM을 공부하고 임베디드 시스템에서의 활용 사례를 탐색하여 보다 상호 작용적이고 직관적이며 지능적인 기술을 만들어보세요.