ARM Cortex-M 프로세서 프로그래밍

강의 하나로 정리하는 ARM Cortex-M 프로세서 
개념부터 실제 노하우까지 확인하세요.

강좌 주제 📖

_{출처: ARM}

CORTEX-M 프로세서는 드론, 스마트 팩토리, 자율주행차, 우주항공, 의료진단기기, 가전, 사물인터넷, 환경 에너지를 비롯한 다양한 분야의 임베디드 시스템에서 사용되는 가장 인기있고 주목받는 32비트 마이크로 프로세서입니다.

CORTEX-M 프로세서는 성능보다는 가격, 소비전력의 효율을 중시하는 애플리케이션에 적합하고요. 낮은 게이트 수, 낮은 인터럽트 대기 시간 및 디버그 기능을 갖춘 프로세서입니다.
기본 인스트럭션 세트로 THUMB2 명령어를 지원합니다.
NVIC는 프로세서 코어와 밀접하게 통합되어 대기 시간이 짧은 인터럽트 처리를 구현해주고 있습니다.
인터럽트 응답 시간 개선을 위한 '테일 체인' 및 'LATE ARRIVING' 인터럽트를 지원합니다.
원자적 액세스 지원을 위한 비트 밴드 쓰기 및 읽기 작업을 포함하는 비트 밴드를 지원해줍니다.

_{STmicro 사의 $100 미만의 마이크로컨트롤러 보드를 쉽게 구할 수 있습니다.}

개발자

과거 수십 년간 지금만큼 개발자의 가치가 존중받는 때는 없었다고 생각합니다. 장래 희망이 무엇이냐고 청소년들에 물었을 때 의사, 검사라는 대답과 함께 '개발자' 라는 말을 들을 수도 있으니 말입니다.

개발자가 귀해지고 그에 따라 몸값도 올라가니, 덩달아 대학 인기순위에 컴공, 전자공이 상위 랭크되는 것을 보면 영화 제목 '이보다 더 좋을 순 없다' 라는 말처럼 19세기 미국 서부 시대 황금을 찾아 엘도라도로 떠나는 사람들이 오버랩됩니다. 가히 개발자 전성 시대라고 불러도 좋을 것 같습니다.

 

문제 해결 능력을 갖춘 개발자?

2016년 국내 M 사 내부에서 흘러나온 이 멘트가 뉴스에도 오르며 한동안 회자된 적이 있었죠. 그리고, 이런 일이 없었더라도 누구나 한 번씩은 살아오면서 들어보았을 만한 단어입니다. 그런데 문제 해결 능력을 갖춘 개발자라뇨? 이게 왜 이슈가 되었던 것일까요.

제가 이해하는 이 문장의 뜻은 단순한 시각으로 보면 이겁니다. 예를 들어보죠. 이 코드는 분명히 내가 짠 코드입니다. 이 프로그램에는 틀림없이 버그가 있습니다. 나도 그것을 압니다. 그런데 이것을 해결하지 못하는 겁니다. 짧게는 몇시간, 몇일, 길게는 수개월 동안이나요.

진짜 이런 일이 일어날 수 있냐고 물어보신다면, 당연히 이런 상황이 얼마든지 가능하다고 말씀드리고 싶네요. 그러니까 이슈화까지 되었던 거겠죠.

코딩은 약간의 지식만 가지면 누구나 할 수 있습니다. 하지만 문제 해결은 다른 차원의 문제입니다.

임베디드 시스템 개발자

임베디드 시스템에서 작동하는 소프트웨어는 만드는 것도 어렵지만, 드물게 발생하는 까다로운 문제를 해결하는 것은 더더욱 어렵습니다. 왜냐하면 사안에 따라서는 소프트웨어로만 문제의 범위를 좁혀서 생각하면 문제 해결이 안 될 수도 있기 때문인데요. 임베디드 시스템의 구성 요소가 '하드웨어+소프트웨어' 임을 생각해 볼 필요가 있습니다.

지금도 매년 새로운 많은 종류의 실리콘들이 세상에 나오고 있습니다. 또한 이 칩들을 적용한 보다 많은 종류의 하드웨어들이 만들어집니다. 이 모든것이 하드웨어적으로 완벽하다고 믿을 수 있을까요? 

제가 겪어보았던 적지 않은 소프트웨어 개발자들이 자의든 타의든 하드웨어에 대한 지식이 빈약하고, 심지어는 아예 관심이 없었죠. 그렇기 때문에 문제 해결 능력을 갖춘 개발자는 이 분야에서는 더욱 더 귀하고 중할 수 밖에 없습니다. 

패러다임의 전환

결론은 이미 나온 것이죠. 하드웨어를 이해하려고 해야 합니다.
하드웨어를 이해한다는 것이 꼭 인쇄회로기판에 전자 부품을 납땜해보는 것을 의미하지는 않습니다. LED 나 버튼키를 완벽하게 제어하는 것을 의미하지도 않습니다. 

그보다는 어셈블리어를 공부하면서 임베디드 시스템이 동작하는 기본 원리를 이해해야 합니다. 제가 믿고 이해하는 임베디드 소프트웨어를 풀어나가는 2가지 핵심 키워드는 어셈블리어와 인터럽트입니다.

어셈블리어는 하드웨어를 이해하기 위해서이며, 인터럽트는 비동기적으로 실행되는 소프트웨어 메커니즘인만큼 시스템의 안정성을 해칠 가능성이 높습니다. 따라서 신뢰도가 높은 소프트웨어를 만들기 위해서 잘 학습해 두어야 합니다.

왜 어셈블리인가

개발자들 사이에서는 어셈블리 언어를 바라보는 다양한 시각이 있습니다. 우선 여기 국내 유명 개발자 커뮤니티 게시판의 글을 한번 읽어보세요

현대 컴파일러는 과거에 비해 더욱 똑똑해졌습니다. 최적화된 코드를 잘 만들어줍니다. 시스템 성능을 좋게 만들기 위해 어셈블리어로 코딩하는 것은 과거의 이야기일 뿐입니다. 그렇다면 제가 어셈블리어를 진심 강조하는 이유는 어디있을까요?

어셈블리어를 우리가 배우는 이유는 임베디드 시스템의 동작 원리를 더 잘 이해하기 위해서라고 봐야하죠. 어셈블리어는 개발자가 임베디드 시스템의 속살을 들여다 볼 수 있도록 도와줍니다. 

나무를 보지 말고 숲을 보라는 말처럼, 어떤 공부를 하던지 끊임없이 학습 대상의 구조(체계)를 이해하려고 노력해야 합니다. 임베디드 시스템은 '하드웨어+소프트웨어' 임을 다시 한번 생각해 볼 필요가 있습니다. 

2년 이상 개발하였는데도 임베디드 시스템 개발 능력이 비약적으로 향상되지 않았다면, 이제는 당신의 학습 방법을 근본적으로 바꾸어 보세요.

'어떤 분야든 10,000시간을 투자하면 그 분야의 전문가가 된다'는 말이 있죠. 저도 공감하는 말입니다만, 이 문장을 조금 바꾸고 싶네요. 이렇게요. '어떤 분야든 효과적인 방법으로 10,000시간을 투자하면 그 분야의 전문가가 된다'.

어셈블리어 학습의 효과

위에서 언급한 장점 외에도 어셈블리어를 공부해두면 부수적으로 여러 가지 이득이 있습니다.

첫째, 어떤 소프트웨어이던 1~5% 정도의 어셈블리 코드는 무조건적으로 포함됩니다(그 이유는 어셈블리어를 공부해 보시면 압니다). 그 내재된 어셈블리 코드까지 이해하면 해당 소프트웨어의 100% 완전한 통제가 가능하게 됩니다.
둘째, 어셈블리어로 작성되어 있는 부트코드(부트로더 아님)를 이해하고 스스로 코딩할 수 있는 토대를 만듭니다
셋째, 디버깅(문제해결) 도구 사용 능력의 스펙트럼이 넓어지고, 깊어집니다
넷째, 소프트웨어를 질적으로 개선하여 시스템 성능을 좋게 만들고 메모리를 효율적으로 활용할 수 있습니다.
다섯째, 어떤 하드웨어에서 동작하는 소프트웨어를 다른 하드웨어에서도 동작하게 하는 것을 포팅(Porting)이라고 부르는데, 이때 어셈블리어의 사용 능력은 필수적입니다.
여섯째, C언어의 포인터를 쉽게 이해할 수 있습니다.(어셈블리어로 메모리나 I/O 장치를 제어할 때 어드레스라는 개념은 필수입니다)

결론

이 교육(ARM Cortex-M 프로세서 프로그래밍)에서 이 두 가지(어셈블리어, 인터럽트)를 확실히 다룹니다.

나는 어셈블리 언어에 관심없다고 생각하시는 분들은 이 강좌를 무시하고 걸러주세요. 진정한 가치를 이해하시는 분들과만 함께 가고 싶습니다.

오프라인 ARM 프로세서 교육에서는 개인적인 신념으로 수강생 분들에게 이 내용을 줄곧 강조해 오고 있습니다. 이 강좌를 통해 임베디드 시스템을 다른 관점으로 바라보는 시각을 제공해드리고 싶습니다.

다음 내용을 학습합니다 📚

위의 내용은 모두 이번 강의의 핵심 주제입니다. 자, 세부 내용을 알아볼까요.

14년 이상 숙련된 ARM 프로세서 강의 노하우 💡

14년동안 총 수강자 수 1000명 이상을 대상으로 ARM 프로세서 현장 강의를 해오면서 쌓은 경험으로, 더 많은 학습자들과 만남을 갖기 위해서 이렇게 온라인에서도 강의를 만들게 되었습니다. 현장 강의 기준 5일 분량의 내용을 15시간 내로 최적화한 온라인 강의로 여러분을 찾아갑니다. 

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이런 분들께 추천합니다! 🔑

이외에, 이런 분들도 배우면 좋습니다!

• 👉 시스템 안정성, 신뢰성 높은 제품 개발을 원하시는 분
• 👉 ARM 어셈블리 언어를 학습하려는 분
• 👉 인라인 어셈블리, 링커스크립트, 부트코드 학습을 필요로 하는 분
• 👉 오프라인 수업에 참여할 시간적인 여유가 없으신 분

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이 강의만의 특별한 점 ✨

• 특징 1. 영상을 110여개 소챕터로 쪼개, 나중에 찾아보기에도 도움이 되게끔 구성했습니다.
• 특징 2. 2D 애니메이션을 적극 활용해 이해에 도움이 되도록 만들었습니다.
• 특징 3. 수강생이 직접 현장에서 실습에 참여하는 것과 같은 체험이 될 수 있도록 했습니다.
• 특징 4. 불필요한 내용은 과감히 버리고, 더욱 핵심에 집중할 수 있도록 돕습니다.
• 특징 5. 데이터북과 같은 개발자 매뉴얼을 보지 않고도  영상만으로 학습할 수 있도록 최대한 신경썼습니다.

_{강의에서 사용된 400여 개의 슬라이드로 구성된 교재(pdf)가 함께 제공됩니다.}

사용 툴을 확인하세요 🧰

• 컴파일러: STM32CubeIDE
• 실습 보드: STmicro사 공식보드 STM32F429I-DISC1
  
• 실습 예제 및 교재파일: CMPro_tutorials.zip (s102_실습환경구축 STM32CubeIDE 시작하기에 있습니다 )
• 강의에서 사용한 보드는 STM32F429I-DISC1 입니다.

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강의를 만든
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