모듈형 설계에서 임베디드 기술의 이점

고든 무어가 50년 전 컴퓨팅 성능에 관한 유명한 무어의 법칙을 발표했으며, 그 진술이 시간의 시험을 견뎌냈다는 것은 놀라운 일입니다. 반도체 산업은 컴퓨팅 파워를 더 좁은 공간에 충격적으로 낮은 가격으로 지속적으로 향상시켜 소비자에게 놀라운 혜택을 제공하고 있습니다.

말레이시아의 자동화 공급업체인 Pentamaster가 제작한 Glove Unique Reprocessing Unit(GURU)은 기술 발전을 관찰하기에 완벽한 사례 연구입니다. 7개 워크스테이션 중 2개에서 GURU 시스템은 기계 비전 모듈을 구동하는 산업용 PC의 수를 절반으로 줄일 수 있게 했습니다.

첫 번째 기계 비전 모듈은 4대의 카메라에서 이미지 데이터를 처리하여 장갑이 자동 로딩 스테이션에서 적절히 위치하도록 합니다. 화학적 및 열적 오염 제거 후, 두 번째 기계 비전 모듈은 4대의 카메라에서 데이터를 받아 장갑의 외관 결함을 검사합니다. 나머지 3개 워크스테이션은 핀홀을 찾고 검사를 통과한 장갑을 로봇으로 포장하며, 통과하지 못한 것은 파쇄합니다.

기계 비전 기술의 진화하는 역량을 따라잡기 위해 Pentamaster는 시스템의 프로세서를 업그레이드할 필요가 있음을 알았습니다. 데이터 청크에 정교한 알고리즘을 실행하려면 상당한 처리 능력이 필요했습니다. 이러한 효율성에 부응하기 위해 Pentamaster는 비전 모듈의 원시 프로세서를 통합 그래픽 처리 기능을 가진 멀티코어 프로세서로 교체했습니다. 이 프로세서는 Intel의 3D 트라이게이트 Core i5로 데이터를 훨씬 더 효과적으로 처리할 수 있었습니다. 또한 이 프로세서는 하이퍼스레딩 기술로 뒷받침되어 가상 코어를 사용해 두 작업을 동시에 처리할 수 있게 했습니다.

이러한 개선은 큰 결과를 가져와 검사 주기를 2초 미만으로 단축하고 검사율을 이전 600장에서 시간당 900장으로 높였습니다. 더 큰 처리 능력은 Pentamaster가 더 이상 필요하지 않은 두 비전 모듈을 폐기할 수 있게 하여 관리 및 유지보수를 단순화하고 에너지 소비도 억제했습니다.

임베디드 원격 진단

Pentamaster 설계 팀은 더 많은 테스트 루틴 추가 등 추가 개선점을 찾고 있으며, 최근에는 하드웨어를 원격으로 관리, 수리, 보호할 수 있는 Active Management Technology를 도입했습니다.

이 기술은 운영자와 기술자가 자신의 컴퓨터에서 외부 임베디드 시스템에 원격으로 액세스하여 펌웨어 및 루트 레벨 문제를 해결할 수 있게 합니다. AMT는 원격 채널을 통한 소프트웨어 설치도 허용하여 정기적인 패칭 및 악성코드 탐지/제거로 인한 골칫거리를 자동으로 처리합니다.

이 기술의 매우 유익한 측면은 임베디드 시스템 장치가 꺼져 있어도 기술자가 원격으로 문제를 진단할 수 있다는 것입니다. 이는 AMT가 운영 체제 계층 아래에서 작동하기 때문에 기존 원격 관리 소프트웨어와 차별화됩니다. 이는 SCADA 응용 프로그램을 실행해야 하는 산업용 PC에서 유용합니다. 보안 및 성능 문제와 관련된 정기 업데이트는 산업 환경에서 필수적이며, 이 기술을 통해 중앙에서 관리할 수 있습니다.

모듈형 기계 설계

산업 분야에서 원격 진단과 컴퓨팅 시스템 통합만이 최근 임베디드 기술의 치열한 성공의 유일한 이유는 아닙니다. 또 다른 주요 이유는 기계 제작자들이 설계 및 조립 과정을 모듈식으로 수행하는 일반적인 추세입니다. 기성품 기성품을 사용해 제품을 조립하는 것이 처음부터 구축하는 것보다 쉽습니다. 기계의 복잡성이 급속히 증가하고 있어 기업이 시스템을 맞춤 제작하는 것은 더 이상 실행 가능하지 않습니다.

오늘날 고객은 시스템 통합업체에게 몇 가지 핵심 요구사항을 제시합니다:

• 더 높은 에너지 효율
• 더 빠른 처리량
• 예방적 유지보수 지원
• 다른 기계 및 재고 관리 시스템과의 통신

임베디드 기술은 인버터, 센서, 드라이브와 지능형 HMI 같은 모듈형 구성 요소를 제공하여 제작자들이 이러한 요구를 충족하도록 도울 수 있습니다. 이러한 구성 요소는 산업용 PC나 PLC를 통해 제어 및 시퀀싱되며, 시스템의 아키텍처 백본 역할을 하는 이더넷 네트워크에 의존합니다.

통합도 임베디드 기술의 깃발 아래 강화되었습니다. 중요한 예로 Xilinx 및 Altera의 FPGA와 듀얼코어 ARM 프로세서의 통합이 있습니다. 이는 자동화 공급업체가 저렴한 가격으로 고도로 통합된 다축 드라이브를 구축할 수 있게 하여 여러 기계의 제어를 비용 효율적이고 동기화된 방식으로 수행할 수 있게 했습니다.

FPGA 불필요

그렇지 않으면 저대기 시간 산업 네트워크에 연결하기 위한 프로토콜 임베딩에 사용되었을 전용 고정 기능 ASIC 또는 FPGA가 Texas Instruments의 Sitara ARM Cortex-A 프로세서 제품군에 내장된 산업 통신 서브시스템(ICSS)에 의해 제거되었습니다.

범용 프로세서와 FPGA 쌍은 호스트 프로세서에 해당 기능이 없을 때 통신 프로토콜 구현이나 저대기 시간 IO 확장에 일반적인 관행이었습니다. 오늘날 온칩 저대기 시간 가속기가 설계 및 구현되어 시스템 및 개발 시간의 비용과 복잡성을 줄였습니다.

ICSS의 존재는 통신 프로토콜 구현에 모듈성을 가져옵니다. 공급업체는 종종 시간 및 비용 제약 접근 방식을 따르면서 최고 수준의 통신 표준을 유지하기 어렵습니다. ICSS는 여러 프로토콜을 덮고 사전 인증된 통합 모듈을 제시함으로써 이 문제를 해결합니다.

운영 체제 저글링

시스템 내 지능형 구성 요소의 통합과 처리 능력의 통합은 임베디드 기술에 의해 또 다른 방식으로 보완되었습니다. 실시간 운영 체제는 PLC에 대한 IEC 61131 표준을 따라 특수 그래픽 및 텍스트 기계 제어 언어를 실행합니다. SIL 3 표준을 보장하기 위해 IEC 61508 준수가 필요합니다.

가상화는 게임 체인저로 입증되어 업계 전체를 뒤집어 놓았습니다. 이제 단일 머신에서 여러 운영 체제의 여러 인스턴스를 실행할 수 있습니다. 공급업체들은 지연 시간 및 신뢰성 같은 우려 사항을 해결하기 위한 계획을 빠르게 개발하고 있습니다. 모든 단일 응용 분야에 여러 머신을 조달하고 유지할 필요는 더 이상 없으며, 이제는 여러 머신을 저사용 방식으로 실행하는 대신 단일 강력한 머신의 완전한 잠재력을 활용할 수 있습니다.

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