사물인터넷의 게이트웨이 구축

사물인터넷의 게이트웨이 구축

조 폴켄스(Joe Folkens)
제품 마케팅 엔지니어
텍사스 인스트루먼트

커넥티비티는 많은 임베디드 애플리케이션에 상당한 가치를 더해줄 수 있다. 예컨대 산업 시스템에서 완제품은 원격센서, 다른 완제품, 중앙관리콘솔 등과 통신을 하여 신뢰도와 생산성을 높일 수 있다. LAN을 넘어 WAN까지 커넥티비티를 확장하는 것을 사물인터넷(IoT, Internet of Things)이나 만물인터넷(Internet of Everything)이라 부르기도 한다. 대부분의 애플리케이션에서는 IoT 클라우드에 디바이스를 붙이면 최종고객, 서비스공급자, 장비 OEM 등 전체 에코시스템이 한층 더 이로워진다.

IoT는 IoT 호환을 위해 설계된 새로운 디바이스뿐만 아니라 이미 나와 있는 시스템들도 포함해 IoT 클라우드 밖에서 실행을 하게 될 것이다. 그러나 서로 연결된 디바이스들의 유비쿼터스 클라우드를 만들려면 IP 기반 아닌 디바이스들이 풀 이더넷 인터페이스나 와이파이 인터페이스와 이에 수반되는 프로토콜 스택의 비용을 감수하지 않고도 접속을 할 수 있게끔 해주는 수단이 필요하다. 이것은 실제 애플리케이션에서 디바이스들을 인터넷에 연결시켜주는 게이트웨이를 사용하면 된다. 또한 지능적인 임베디드 컨트롤을 게이트웨이에 추가한다면 공유 프로세싱 리소스들을 이용할 수 있게 되어 IoT 디바이스의 설계를 간소화한다.

본 백서는 IoT 애플리케이션을 위한 커넥티비티 구현에 초점을 맞추면서 임베디드 인터넷 커넥티비티를 요구하는 애플리케이션 설계를 다뤘다. 여기에서 다뤄지는 주요 주제들로는 IP 커넥티비티의 구현, 보안, 이종 노드 통합, 파워, 비용 등이 있다.

커넥티비티 문제 
산업용 애플리케이션에서 IoT 기술이 발전을 거듭할 수 있었던 것은 최종 자동화 장비의 연결로 얻은 가치와 시스템 신뢰도, 중앙관리 등 덕분이다. 이러한 발전들은 산업용 애플리케이션을 위해 개발되었지만 거의 모든 종류의 임베디드 시스템, 예컨대 웨어러블, 의료 모니터, 보안 장치, 주거 및 상업 HVAC, 그 밖의 수많은 소비자 애플리케이션에도 적용 가능하다. 

대다수 엔지니어들에게 사물인터넷(IoT)을 설계할 때 가장 큰 문제는 커넥티비티다. 인터넷이나 WAN(Wide Area Network)에 튼튼하고 안전한 액세스를 구현하는 일은 그들의 경험 밖의 일이다. 설계를 더욱 어렵게 만들기 위해 개발자들은 처리 능력이 제한적인 복수의 디바이스들에 액세스를 지원해야 한다. 또한 전체 시스템 비용이나 파워 효율에 불리한 영향을 미치지 않는 방식으로 커넥티비티를 추가해야 한다. 

게이트웨이가 지원해야 하는 엔드포인트가 다양하다는 점도 설계 문제를 키운다. 압력 센서 같은 단순한 노드를 인터넷에 직접 연결하는 일도, 그 노드가 자체 프로세스를 가지고 있지 않다면 복잡하고 값비싼 일이 될 수 있다. 또한 서로 다른 종류의 완제품이 지원하는 인터페이스들도 다양하다. 이종의 노드들에서 데이터를 수집, 집산하려면 다양한 처리 능력과 인터페이스를 가진 디바이스들을 일관되고 신뢰할 수 있는 방식으로 연결할 수 있는 수단이 필요하다. 

게이트웨이는 “사물” 네트워킹을 간소화하는데 정교한 수단이 되어준다. 게이트웨이는 여러 가지 방식으로 노드 연결을 지원함으로써 이를 달성한다. 그것은 원시 센서의 가변 전압일 수도 있고, 인코더에서 나온 I2C의 데이터 스트림일 수도 있고, 블루투스®를 통한 기기의 정기 업데이트가 될 수도 있다. 게이트웨이는 이종의 소스와 인터페이스의 데이터를 통합하여 이를 인터넷에 연결함으로써 디바이스의 방대한 종류와 다양성을 효과적으로 경감시킨다. 그 결과, 개별 노드들은 접속 때문에 고속 인터넷 인터페이스의 비용이나 복잡함을 부담해야 할 필요가 없어졌다. 

단순 게이트웨이와 임베디드 제어 게이트웨이 
IoT 게이트웨이를 구현하는 방법은 애플리케이션에 따라 여러 가지가 있다. 두 가지 공통된 방법이 단순 게이트웨이와 임베디드 제어 게이트웨이이다. 둘 다 복수의 엔드포인트들에서 데이터를 수집하여 통합 접속을 제공한다. 일반적으로 단순 게이트웨이는 인터넷 이동을 위해 데이터를 정리, 패킷화 한다. 또한 이것은 양방향 통신이 이롭거나 필요한 애플리케이션에서 데이터를 다시 엔드포인트에 분산시키는 일도 한다. 

게이트웨이는 라우터와 다르다는 점에 주목하자. 라우터는 유사한 트래픽을 관리하고, 공통 인터페이스를 공유하는 디바이스들을 연결한다. 예를 들어, 홈 라우터와 연결되는 디바이스들은 모두 IP를 사용한다. 반면, 게이트웨이는 브릿지 역할을 하기 때문에, 서로 다른 종류의 트래픽을 라우팅할 수 있어야 하고, 여러 통신 인터페이스의 데이터를 수집할 수 있어야 하며, 이러한 스트림을 공통 프로토콜로 전환시켜 WAN에서 접속할 수 있게 해야 한다. 일부 디바이스는 처음부터 IP를 사용할 수도 있겠지만, 또 다른 일부는 블루투스, Zigbee, 6LoWPAN 같은 PAN 기반 프로토콜을 사용할 수도 있다. 단순한 센서인 노드는 이동 전에 원시 아날로그 전압을 디지털 값으로 변환하기 위해 ADC에 연결을 해야 할 수도 있다.

임베디드 제어 게이트웨이는 프로세싱 리소스와 로컬 애플리케이션 처리를 위한 지능을 제공함으로써 단순 게이트웨이의 기능을 확장하고 있다. 다른 때 같으면 노드에서 일어났을 작업을 게이트웨이가 수행하는 경우 이것은 공유 프로세싱 리소스의 형태를 취할 수 있다. 

예를 들어, 임베디드 제어 게이트웨이는 센서 데이터를 평가, 여과할 수 있고, 하이레벨 관리 작업을 구현할 수 있다. 센서 데이터를 평가, 여과하면 게이트웨이는 크리티컬 임계점을 통과했는지를 판단할 수 있다. 통과했다면, 기회를 놓친 알람을 네트워크 전체에 작동시켜 해당 관리자에게 경고를 할 수 있다. 

지능형 임베디드 제어 IoT 게이트웨이가 있으면 엔드포인트의 복잡함과 비용을 줄일 수 있다. 이것은 애플리케이션에 따라 큰 시스템 절감으로 나타날 수 있다. 일련의 센서들이 연결돼 있는 보안시스템을 떠올려보자. 센서 데이터 필터링 같이 게이트웨이의 프로세싱을 통합하면 노드는 공유 리소스를 활용할 수 있게 되어 각 노드가 더욱 단순해지고 비용은 낮아질 수 있다.

이용 가능한 커넥티비티의 경우도 마찬가지이다. IP는 비교적 높은 오버헤드로 더욱 단순한 IoT 노드를 구현할 수 있는 복잡한 프로토콜이다. 대신, 단순 노드는 I2C 같은 유선 접속이나 블루투스 같은 무선 인터페이스를 이용해 PAN에 연결할 수 있다.  또한 게이트웨이는 PAN에 연결을 하여 각각의 연결을 와이파이나 이더넷 같은 IP 기반 WAN 인터페이스와 이어준다. 이 두 경우 모두, 프로세싱 요건과 메모리 및 전력 요건이 낮아진다. 따라서 노드의 비용은 저렴해지면서 더욱 효율적이 될 수 있다. 

이러한 절감이 네트워크 전체에 확산되면, 합산이 빨라진다. 자체 지능과 WAN 커넥티비티를 보유해야 하는 엔드포인트들은 더 복잡한 아키텍처를 필요로 한다. 통합 아키텍처나 공유 아키텍처를 이용하면 각 엔드포인트의 비용을 크게 줄일 수 있는데, 이것은 볼륨 절감으로 게이트웨이 비용이 늘어나는 것을 벌충하는 것 이상이다. 또한 노드의 배터리 수명이 제한적이거나 에너지 하베스팅 소스에서 가동되는 경우, 노드의 복잡합을 줄이면 전체 전력 소비가 줄어든다.

분산 지능 역시 새로운 애플리케이션의 구현을 가속시켜준다. 유틸리티 계량기의 시각 정보를 이용해 비가동 시간에 가동으로 에너지 비용을 줄이는 스마트 기기를 떠올려보자. 이러한 지능을 노드 레벨에서 구현하려면 세탁기, 건조기, 식기세탁기가 유틸리티 계량기와 통신을 할 수 있어야 한다. 기기마다 제조 회사가 다를 때에는 이러한 기능을 이용할 수 있는 인터페이스도 다를 가능성이 높고, 그러면 상호작동성 문제가 생길 수 있다. 또한 이러한 기능을 활용하기 위해 소비자가 기기를 새로 장만해야 하는 경우도 생길 수 있다. 

게이트웨이의 이네이블링(enabling) 지능은 로컬 단계의 상호작동성 문제를 해결하면서 기기 연결에 필요한 변경을 최소화해준다. 각 기기마다 전체 지능이 필요한 것이 아니므로, 게이트웨이는 모든 디바이스에 기본 지능을 제공할 수 있다. 이것은 또한 소비자들을 위해 새로운 기능의 관리를 통합할 수 있다는 이점도 있다. 새 기기를 집에 들일 때마다 확인하고 통합할 필요 없이, 소비자는 게이트웨이 관리 방법만 알고 있으면 된다. 지능적인 게이트웨이는, 사용자가 디바이스나 기기를 각각 인터넷에 수동 연결할 때와 비교하면, 이종 노드 연결에서 발생하는 문제들도 더 잘 처리하는 편이다. 

대다수 애플리케이션의 경우, 지능적인 게이트웨이는 전용 현장 관리나 제어 엔드포인트를 필요 없게 만들 수 있다. 예를 들어, 통합 LCD 모니터의 경우, 게이트웨이가 사용자 인터페이스를 지원할 수 있어 사용자가 직접 노드와 상호작용을 할 수 있다. 또 지능적인 게이트웨이는 웹 기반 사용자 인터페이스를 제공할 수 있다. PC나 태블릿, 스마트폰을 통한 접속으로 사용자가 손쉽게 추가적인 빌트인 애플리케이션에 접근할 수 있게 하는 것이다. 이를 통해 게이트웨이는 유연하고 역동적인 프로그래머블 현장 제어 포인트 역할을 할 수 있다. 그러면 새로운 시스템을 설치하는 비용이 낮아지고 제3자들도 크게 낮아진 진입 비용으로 신기술과 디바이스를 도입할 수 있게 된다.

마지막으로 게이트웨이는 인터넷 접속이 끊기거나 일시적으로 중단되었을 때 함께 위치한 노드들 사이에서 패브릭 역할을 할 수 있다. 이렇게 하면 클라우드 없이도 로컬 커넥티비티가 견고해지고 로컬 네트워크의 신뢰도가 증가해 원하는 기능을 유지할 수 있게 된다.  

게이트웨이 연결 방법 
그림 1은 IoT 게이트웨이의 커넥티비티를 노드로 확장시키는 여러 가지 방법들을 보여주고 있다.  그림 1a에서는 노드가 게이트웨이를 통해 IoT에 연결된다. 이 노드들 자체는 IP 기반이 아니기 때문에 직접 인터넷/WAN와 연결할 수는 없다. 오히려, 유선이나 무선 PAN 기술을 이용해 게이트웨이와 연결을 하기 때문에 덜 비씨고 접속 모드의 복잡도가 덜하다. 게이트웨이는 각 노드의 IoT 에이전트를 유지하며 모든 노드들을 오가는 데이터를 관리한다. 이런 경우, 애플리케이션 지능 역시 게이트웨이에 위치시킬 수 있다. 

그림 1b에서는 노드가 Wi-Fi이나 이더넷 같은 WAN 연결을 이용해 직접 인터넷에 연결된다. 이 게이트웨이는 1차적으로 라우터 역할을 한다. 사실, 이것은 노드가 자체 IoT 에이전트를 가지고 자율적으로 스스로를 관리하는 경우 그냥 라우터일 수 있다. 그림 1c는 6LoWPAN 같은 PAN 연결을 이용해 노드가 인터넷에 직접 연결된다는 것만 제외하면 그림 1b와 유사하다. 이런 경우, 게이트웨이는 PAN과 WAN 사이에서 변환 포인트 역할을 한다. 

다른 종류의 노드들과 아키텍처들에서도 IoT 기반 시스템을 구축할 수 있지만, 이 세 가지 유형은 IoT 커넥티비티가 산업 및 주거 애플리케이션에서 현재 어떻게 구현되고 있는지를 가장 잘 보여준다. 사용 중인 완제품에 따라 여러 단계의 정교함과 성능이 필요할 수 있다. 그렇지만 이런 유형들은 더 높은 볼륨과 낮은 비용 범위의 애플리케이션에 무엇이 필요한지를 잘 보여준다. 

 
그림 1: IoT 게이트웨이의 커넥티비티를 노드로 확장시키는 여러 가지 방법들이 있다. 
(a) 노드가 덜 비싸고 덜 복잡한 유무선 PAN 기술을 이용해 게이트웨이를 거쳐 IoT에 연결된다. 
(b) 노드가 와이파이나 이더넷 같은 WAN 연결을 이용해 직접 인터넷에 연결된다. 
(c) 노드가 6LoWPAN 같은 PAN 연결을 이용해 인터넷에 간접 연결된다.

IoT의 가장 강력한 점은 우리가 아직 볼 수 없는 것이다.  시각을 이용하거나 보안 노드를 간소화하기 위한 기기 관리의 가치는 명확하다. 이러한 애플리케이션들은 우리가 이미 알고 있는 것들과 유사하기 때문이다.  아직 확실치 않은 점은, IoT 기술이 우리가 상상도 못했던 완전히 새로운 애플리케이션을 어떻게 가능하게 할 것인가 하는 점이다.

예를 들어, 휴대전화가 스마트폰이 될 때 그것이 오픈 플랫폼이 되어 앱으로 칼로리를 추적하는 것부터 트위터나 인스타그램으로 서로를 빠르고 친밀하게 연결해주는 것까지 모든 일을 할 수 있게 될 것이라 예측한 사람은 거의 없었다.

현재 가장 주목 받는 IoT 애플리케이션은 산업, 의료, 보안 애플리케이션이다. 기술이 발달하면, 생활 방식과 모든 산업 활동 방식이 완전히 달라질 것임은 분명하다. 

TM4C129x IoT 게이트웨이 MCU
이론상 OEM 업체들은 복잡하지 않은 방식으로 새로운 설계와 기존 설계 모두에 커넥티비티를 도입해야 한다. 단순 게이트웨이와 임베디드 제어 게이트웨이의 설계 속도를 높일 수 있도록, TI는 TM4C129x 제품군의 IoT MCU를 공급하고 있다. 

이 TM4C129x MCU는 120MHz ARM® Cortex®-M4 코어에 기반하고 있으며, 그림 2처럼 부동소수점 기능을 가지고 있다. 이것을 통해 프로세서는 소수 대 다수의 프로세스를 처리하여 개별 노드의 프로세싱 부담을 덜어줄 수 있으며, OEM 업체들은 유례없이 자유롭게 어떤 시스템이든 개발하여 IoT에 이를 연결할 수 있다. 

 
그림 2: TM4C129x MCU는 산업 최초의 ARM® Cortex®-M4 MCU로 10/100 MAC+PHY가 집적돼 있다. 이것은 광범위한 기능 덕분에, 단순 게이트웨이와 임베디드 제어 IoT 게이트를 둘 다 구현하는데 이상적이다.

TM4C129x MCU는 여러 핵심 기술을 통합해 게이트웨이의 IP 커넥티비티를 단순화시킨다:

온칩 MAC과 PHY: TM4C129x MCU는 최초의 ARM Cortex-M4기반 제품군으로, 10/100 이더넷 MAC과 PHY를 둘 다 집적하고 있다. PHY 온칩을 그림 3처럼 이용하면, 많은 장점이 있다.  패시브를 포함한 컴포넌트 개수를 줄이면 설계 복잡도가 단순해져 조립이 쉬워지고 외부 신호 잡음이 줄어들며 비용이 낮아진다. 설계에서 PCB 공간이 덜 필요해지고 100m 케이블 표준을 넘더라도 오류 없는 통신이 가능해진다. 이 모두 다, 외부 PHY를 이용하는 기존 설계에 비하면 상당한 장점이다.

보안: 대다수 IoT 애플리케이션들은 민감할 수 있는 데이터들을 처리한다. 예컨대 청구용 데이터는 해킹으로부터의 보호가 필요하다. 비슷하게 의료 장치도 개인의 사생활 유지가 필요하다. 하드웨어 기반 암호 가속과 TLS/SSL 스택을 이용해 TM4C129x MCU는 OEM 회사들이 위협을 최소화하고 데이터는 최대로 보호하는 강력한 보안 메커니즘과 낮은 오버헤드를 구현할 수 있게 해준다. 이것은 노드부터 게이트웨이까지 보안 프로세싱의 부담을 효율적으로 덜어주어 올바른 인증을 확보하고 데이터 교환을 보호하며 지식재산권을 수호한다. 이것은 IoT가 개별 엔드포인트에서 경제적으로 구현할 수 있는 것보다 더 많은 보안을 구현할 수 있게 해준다.

부정조작 방지: 또 다른 차원의 보안을 필요로 하는 애플리케이션, 예컨대 값비싼 자신이나 개인의 생명이 달린 산업 애플리케이션이나 의료 애플리케이션의 경우, TM4C129x MCU는 게이트웨이의 해킹과 탈취를 방지할 수 있는 빌트인 메커니즘을 제공하고 있다. 이러한 보호 기능에는 실행 전용 프로그램/코드 보호, 개별 메모리 블록의 수정을 방지하는 읽기 전용 보호, 디버그 포트 잠금, 데이터/암호/키 보안을 위한 EEPROM 보호, 조작 검출 등이 있다. 이러한 시스템은 시스템 케이스가 열리거나 깨질 경우, 민감한 데이터를 보안하거나 대량 삭제할 수 있다.

대량 메모리 리소스: 복수 노드의 데이터를 통합하기 때문에, 게이트웨이는 병렬 스트림을 처리할 수 있어야 한다. 256 KB SRAM과 총 1 MB의 100,000 사이클 플래시를 가진 TM4C129x MCU는 충분한 메모리로 복수의 복잡한 통신 스택을 지원할 수 있고, 버퍼링도 충분해 시스템의 견고함도 유지할 수 있다. 6 KB의 EEPROM 역시 키, 암호, 구성, 금전적 가치, 중요 임계점 등 보호가 필요한 유용한 필수 애플리케이션 데이터를 저장하는데 사용할 수 있다. 

(a) 기존 MCU + 외부 PHY

                                                

(b) TM4C129x MCU와 통합 PHY

그림 3: 기존 이더넷 링크 (a)는 외부 PHY와 여러 개 패시브, 기타 컴포넌트들이 필요하다. PHY를 통합시킨 (b) TM4C129x MCU는 시스템에 필요한 보드 공간과 에너지 소비, 비용을 줄여준다.

방대한 커넥티비티 기능들: 
TM4C129x MCU는 다양한 주변장치들과 인터페이스들을 지원한다. 예를 들어, 10개 I2C 포트를 가지고 있는 TM4C129x MCU는 멀티플렉서 비용을 들이지 않고도 다수의 노드나 센서에 직접 연결할 수 있다.
• 2 개 CAN
• 10 개 I2C
• USB 2.0 OTG 및 고속 UPLI
• 8 개 UART
• 4개 쿼드 SSI
• 2 MSPS > 20채널, 12bit ADCs
• QEI (Quadrature Encoder Interface)/QEP)
• 8 개 16bit 어드밴스드 PWM (Pulse Width Modulation) 출력 
• 최대140 GPIO

에너지 효율: TM4C129x MCU의 프로세싱 능력을 통해 OEM 회사들은 전체 에너지 소비를 개선할 수 있다. 그러면 전력 제약적인 노드들이 게이트웨이까지 프로세싱 부담을 덜어 저전력 작동 모드에 더 많은 시간을 할애할 수 있다.  

온도 범위: TM4C129x MCU는 산업 온도(-40~+85°C)와 그 이상의 온도 등급(-40~+105°C) 에서도 이용 가능하기 때문에 다양한 작동 환경을 지원할 수 있다.  

유동적 통합: TM4C129x MCU 제품군은 메모리 옵션과 통합 옵션을 여러 가지 패키지로 다양하게 제공하기 때문에 다양한 애플리케이션들에서 프로세싱 요건과 접속 요건을 충족할 수 있다(표 1 참고). 주변장치들로 옵션형 LCD 컨트롤이 있다. 
TM4C129x MCU가 가진 높은 수준의 통합 덕분에 PCB 요건이 축소되고, 보드 복잡도가 줄어들며, 디바이스 인터커넥트가 단순해지고, 제조상 부산물이 생길 가능성도 낮아진다.

주요 기능

TM4C PN	FLASH (KB)	SRAM (KB)	BATT- BACKED HIBERNATE	PACKAGE	ETH MII	ETH PHY	CRYPTO	LCD	TM4C TMS SUPERSET PN
TM4C1290NCPDT	1024	256	Y	128-TQFP	–	–	–	–	TM4C1292NCPDTI3
TM4C1292NCPDT	1024	256	Y	128-TQFP	Y	–	–	–
TM4C1294KCPDT	512	256	Y	128-TQFP	–	Y	–	–	TM4C1294NCPDTI3
TM4C1294NCPDT	1024	256	Y	128-TQFP	–	Y	–	–
TM4C129CNCPDT	1024	256	Y	128-TQFP	–	–	Y	–	TM4C129DNCPDTI3
TM4C129DNCPDT	1024	256	Y	128-TQFP	Y	–	Y	–
TM4C129EKCPDT	512	256	Y	128-TQFP	–	Y	Y	–	TM4C129ENCPDTI3
TM4C129ENCPDT	1024	256	Y	128-TQFP	–	Y	Y	–
TM4C1290NCZAD	1024	256	Y	212-BGA	–	–	–	–	TM4C1299NCZADI3
TM4C1292NCZAD	1024	256	Y	212-BGA	Y	–	–	–
TM4C1294NCZAD	1024	256	Y	212-BGA	–	Y	–	–
TM4C1297NCZAD	1024	256	Y	212-BGA	–	–	–	Y
TM4C1299KCZAD	512	256	Y	212-BGA	–	Y	–	Y
TM4C1299NCZAD	1024	256	Y	212-BGA	–	Y	–	Y
TM4C129CNCZAD	1024	256	Y	212-BGA	–	–	Y	–	TM4C129XNCZADI3
TM4C129DNCZAD	1024	256	Y	212-BGA	Y	–	Y	–
TM4C129ENCZAD	1024	256	Y	212-BGA	–	Y	Y	–
TM4C129LNCZAD	1024	256	Y	212-BGA	–	Y	Y	Y
TM4C129XKCZAD	512	256	Y	212-BGA	Y	Y	Y	Y
TM4C129XNCZAD	1024	256	Y	212-BGA	Y	Y	Y	Y

표 1: TM4C129x MCU 계열의 구성은 다양하기 때문에 OEM 회사들은 그들의 IoT 게이트웨이에 이상적인 기능 조합을 선택할 수 있다.

설계 용이성 
TM4C129x MCU가 가진 가치 중 하나는 TI의 방대한 소프트웨어 제품군과 하드웨어 포트폴리오에 이것을 쉽게 통합할 수 있다는 점이다. TI의 목표는 IoT 디바이스와 게이트웨이 설계를 최대한 쉽게 만드는데 있다. TivaWare™, TI-RTOS (그림 4 참고)부터 애플리케이션 레벨의 코드까지, 생산 이네이블링 소프트웨어도 이용 가능하다. TI의 다양한 리소스들은 하드웨어와 소프트웨어 설계 모두를 지원한다. 

표준 교차 플랫폼 API
TCP/IP 스택 (유무선)	USB 호스트, 디바이스 (MSC, HID, COC)	FAT 파일 시스템	인터프로세서 통신 (해당하는 경우)
실시간 커널
디버그와 계기
EMAC, USB, SD, SPI, UART, I2C, GPIO, PWM, 와치독 드라이버
보드 초기화

그림 4: TI-RTOS는 IoT 애플리케이션을 위해 종합적인 실시간 토대를 제공함으로써 게이트웨이 개발을 가속화한다.

 

ROM기반 디바이스 드라이버와 방대한 소프트웨어 라이브러리, RTOS 지원, 네트워크 스택, 견본 애플리케이션 등을 통해 OEM 업체들은 자체 게이트웨이를 신속하게 설계할 수 있고, 다양한 디바이스와 애플리케이션에 IoT 커넥티비티를 도입할 수 있다.

무선 기술에 낯선 개발자들이 로우레벨 드라이버 개발 없이도 블루투스, Wi-Fi 같은 프로토콜을 구현할 수 있도록 해주는 소프트웨어 API 덕분에 커넥티비티가 간소해진다. TI는 맞춤형 IoT 에이전트를 개발하는 데에도 소프트웨어 빌딩 블록을 제공하고 있다.  이러한 블록들은 그림 5의 TI TivaWare 소프트웨어, TI-RTOS, TI IoT 클라우드 에코시스템 내의 여러 파트너들을 통해 이용 가능하다. 서드파티 지원에 대한 정보는 www.ti.com/designnetwork을 참고한다.

개발자는 TM4C129x MCU를 TI의 무선 커넥티비티 라디오 트랜시버 및 기타 컴포넌트와 신속하게 통합시켜, 복수 무선 기술로 게이트웨이를 인터넷과 노드에 연결할 수 있다. 또한 TI는 아날로그 컴포넌트와 전력관리 IC 등 IoT 애플리케이션에 필요한 그 밖의 관련 제품 포트폴리오를 다양하고 갖추고 있다.  

개발자는 TM4C129x 평가 키트(EK-TM4C1294XL)를 이용해 직접 TM4C129x MCU를 평가할 수 있다.  가격이 $19.99인 이 키트는 TI 서드파티 Energia가 지원하는 것으로, 초보 전문가들이 IoT 접속 설계를 경험할 수 있게 해준다. 제품 설계 가속을 위해, TI는 TM4C129x 커넥티드 개발 키트(DKTM4C129X)도 제공하고 있다. 가격은 $199.00이다. 여기에는 모든 칩 입출력 액세스와 설계 기능이 모두 담겨 있어, 저렴한 가격으로 IoT 설계에 입문할 수 있게 해준다.

그림 5: TI TivaWare™ 소프트웨어는 다양한 API로 핵심 제품 기능의 개발을 크게 간소화시킨다.

두 키트 모두 Keil, IAR, Mentor Embedded, Code Composer Studio™ 통합개발환경(IDE)이 지원되기 때문에, 개발자들은 설계 환경을 선택할 수 있다. 

TI는 여러 가지 IoT 게이트 요건을 충족할 수 있도록 다양한 솔루션을 제공하고 있다. 하급 및 중급 게이트웨이 애플리케이션을 위한 TM4C129x MCU 제품군 외에도, TI는 중급 및 고급 애플리케이션을 위해 Sitara™ AM335x 프로세스를 제공하고 있다. TM4C129x MCU와 Sitara
AM335x 프로세스의 비교표가 표 2에 나와 있다.

TI 에코시스템은 여러 채널에 걸쳐 종합적 레벨의 개발 지원을 제공하고 있다. 여기에는 TI 필드 애플리케이션 엔지니어와 공인 대리점, TI E2E™ 커뮤니티도 포함된다.

	TM4C129x MCUs	Sitara™ AM335x processors
게이트웨이	하급부터 중급	중급부터 고급
OS	RTOS 또는 uClinux	RTOS 또는 Std Linux
디바이스 종류	마이크로컨트롤러	통합 프로세서
CPU 코어	120-MHz ARM®  Cortex®-M4 with FPU	Up to 1GHz ARM Cortex-A8  with NEON coprocessor
보안	암호 액셀러레이터, 탬퍼 입력	암호 액셀러레이터
플래시	최대 1MB	–
RAM	최대 256KB	64KB + 64KB
캐시	–	64KB L1 + 256KB L2
ROM	부트 및 주변장치 드라이버 라이브러리	부트
기타 메모리	6KB EEPROM	128KB RAM
외부 메모리 I/F	다목적	DDR + 다목적
DMA	32 채널	64 채널
LCD	최대 24bit 디스플레이	최대 24bit 디스플레이 + ADC 터치 컨트롤러controller
PRU	–	2 개
Ethernet	10/100  MAC + PHY	2-포트 스위치 10/100/1000 MAC
CAN	2 개	2 개
USB	USB 2.0 OTG와 HS UPLI	2 개 USB 2.0 OTG
I2C	10 개	3개
UART	8 개	6 개
SPI/SSI	4 개 쿼드 SSI	2 개
McASP	–	2개 멀티채널 오디오 직렬포트
ADC	2 MSPS 24ch  12bit	200  KSPS 8ch  12bit
MMC/SD	–	3 개
GPTs	8 개 32bit (16 개 16bit) 타이머	8 개 32bit 타이머
QEI/QEP	1개	3 개 강화
Adv PWM	8 개 16bit 출력	6개 16bit 출력
eCAP/PWM	–	세 개 캡처 또는 aux PWM
RTC	1 개	1 개
와치독	2 개	1 개
GPIOs	최대 140	최대 128

 

새 애플리케이션에 IoT 도입
임베딩 인터넷 접속은 유행을 뛰어넘고 있다. 이 IoT는 틈새 산업과 의료 애플리케이션을 넘어 전자장치를 사용하는 모든 시장으로 빠르게 확대되고 있다. 오늘날 접속 솔루션 환경에서는 개발자가 최소한의 개발 수고만 들이고도 IoT 게이트웨이를 통해 인터넷 접속을 거의 모든 애플리케이션에 도입할 수 있다. 

TI의 TM4C129x MCU는 임베디드 제어가 가능한 지능적 게이트웨이를 설계할 수 있게 해준다. 데이터 프로세싱 부담과 노드부터 게이트웨이까지 IoT 관리를 해야 하는 부담을 덜어줌으로써 노드 복잡도를 낮추고 전력효율을 개선하고, 시스템 비용을 크게 낮출 수 있다. 또한 지능적 게이트웨이는 노드의 프로세싱 능력과 그 애플리케이션을 사실상 증가시킴으로써 범위는 물론 그 능력까지 확장할 수 있다. 

TM4C129x MCU는 디바이스들을 IoT에 연결하는 게이트웨이를 손쉽게 구축할 수 있는 완벽한 솔루션이다. OEM 업체들은 확신을 가지고 게이트웨이를 설계하여 완벽한 보안을 기하고 다양한 엔드포인트와 인터페이스를 지원할 수 있다. TM4C129x MCU 제품군은 에너지 소비를 줄이고 시스템 비용은 낮추면서 에너지 감수성 시스템의 능력은 극대화할 수 있도록 설계돼 있다.

TM4C129x MCU가 제공하는 하드웨어 및 소프트웨어의 통합을 통해 개발자들은 전체를 다시 설계할 필요 없이 전보다 더 간단하고 쉽게 이종 디바이스들을 연결할 수 있게 되었다. 

전 범위의 생산 소프트웨어와 유무선 통신 컴포넌트들이 TM4C129x MCU 제품군을 지원하고 있다.  

TI의 TM4C129x MCU를 이용하면, OEM 업체들은 단순 게이트웨이와 고급 게이트웨이를 만들어 거의 모든 디바이스를 IoT에 연결할 수 있다.

추가 리소스:
• TM4C129x MCU: www.ti.com/tm4c129x
• 데이터시트: www.ti.com/tm4c-products
• TM4C129x 커넥티드 개발 키트(DK-TM4C129X): http://www.ti.com/tool/dk-tm4c129x
• TM4C129x 교육: www.ti.com/tm4c-training
• TM4C1294 커넥티드 론치패드 평가 키트(EK-TM4C1294XL):
http://www.ti.com/tool/ek-tm4c1294xl
• TM4C1294 커넥티드 론치패드 교육: www.ti.com/clp-training
• TI E2E™ 포럼: www.ti.com/tm4c-forum
• 샘플 또는 부품 주문: www.ti.com/tm4c-samples
• AM3352 제품 폴더: http://www.ti.com/product/am3352