MCU 선택하는 기준 (1)

MCU 선택하는 기준

 

(1) CPU 성능 : 연산 속도 (MHz), 연산 숫자 수 (비트) (2) 메모리 크기와 종류 : ROM 크기와 종류 (마스크, 플래시 EEPROM 또는 EPROM), RAM 크기 (3) 전기적 특성 : 동작 전압, 전류 소비 (4) 내장 주변장치 기능 : 타이머 (ex. 범용, 클록, PWM 출력), 통신 프로토콜 (ex. USART, SPI, I2C, USB), 특수 기능 (ex. LAN, 암호화 기법, LCD 제어/구동 및/또는 카메라 인터페이스), 아날로그 회로 (ex. AD 컨버터 또는 DA 컨버터) (5) 패키지 : 패키지 유형 (ex. QFP, BGA, QFN), 핀 수 (ex. 20, 32, 64, 100) (6) 가격

 

가장 중요한 기준은 MCU의 연산 성능이 사용자의 요구를 만족시키는지 말해주는 항목 (1)이다. 항목 (1)에서 사용자가 필요로 하는 요구사항을 결정했다면, MCU 제품 시리즈를 결정하고, 선택한 시리즈에 대해 항목 (2)에서부터 (6)까지 확인해야 한다.

 

항목(2)에서 사용자가 필요로 하는 요구사항은 프로그램 크기와 데이터 양에 따라 결정된다.

 

반면 항목(3)에 대한 사용자의 요구사항은 전원에 따라 결정된다.

 

항목 (4)에 대한 사용자의 선택은 제품을 어떻게 사용할 것인지에 따라 결정되며, 항목 (5)에 대한 선택은 제품 형식에 따라 달라진다.

 

항목 (6)의 경우 개발할 제품의 비용에 기반해 종합적인 관점에서 결정할 필요가 있다. MCU의 가격은 모든 항목 (1) ~ (5)에 크게 의존하므로, 최고의 규격을 제공하는 최적의 가격을 찾을 필요가 있다.

 

CPU 성능

 

 

MCU의 성능은 CPU가 얼마나 많은 비트를 처리할 수 있는지 (ex. 8, 16, 32비트)와 연산 속도에 의해 결정된다. CPU 초기 개발 시기에서는4비트 CPU가 사용됐지만, 최근 대부분의 CPU는 8, 16 또는 32비트이다. 비트 수는 CPU가 한 번에 처리할 수 있는 숫자 수를 나타낸다. 숫자가 클수록 성능이 더 우수하다.

 

일부 MCU는 16비트 CPU를 탑재하고 있지만 8비트 내부 버스를 사용하고 있다. 이런 경우 16비트에서 가능한 내부 처리 성능의 일부만 수행할 수 있다. 따라서 규격에 나와있는 모든 세부사항을 놓치지 않도록 해야 한다.

 

CPU 성능은 통상 주파수 (MHz)로 표시된다. 그림에 나와 있는 CPU 의 주파수는 72MHz이다. MCU는 내부 클록과 동기되어 연산을 수행하기 때문에, 만약 두 개 이상의 MCU가 동일한 아키텍처를 공유한다면 더 높은 주파수 (MHz)를 갖는 쪽이 더 높은 성능을 제공한다. 

 

일부 MCU는 내부 버스 속도와 다른 코어 속도를 갖고 있다. 달리 말하면, 고속 코어와 저속 버스를 갖는 경우가 있다. 이러한 경우 버스 액세스 동작이 연산 과정에 포함된다면 CPU 성능이 매우 낮은 속도로 저하될 수 있다.

 

또한 사용자가 고려하는 MCU가 서로 다른 아키텍처 (내부 설계)를 갖고 있다면 MHz 값만으로는 성능을 비교할 수 없다는 점이 있다.

 

대표적인 두 가지 MCU 아키텍처는 RISC와 CISC?1이지만, 아키텍처와 관계 없이 최근의 MCU는 모두 최신 고속 프로세싱 기술을 사용하고 있어 쉽게 어떤 제품이 다른 제품에 비해 더 빠르다고 말할 수 없다.

 

DMIPS (Dhrystone Million Instructions Per Second) 및 CoreMark?2 는 MCU 성능을 나타내는 가장 많이 이용되는 지표이다. 이들 벤치마크에서 MCU는 특정 프로세스를 실행하도록 한 다음 점수 형태로 성능이 평가된다. 이러한 점수가 개략적인 평가를 제공하는 데 유용하기는 하지만, 사용자의 프로그램 코드가 테스트 과정에서 사용되는 것과 상당히 다르다면 이러한 지표에 의존할 수 없다.

 

메모리 크기 및 종류

 

최근 MCU의 내부 ROM 에 가장 많이 사용되는 종류의 메모리는 플래시이다. 사용 가능한 다른 종류의 메모리로는 마스크 Mask, EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) 및 EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory)이 있다. 사용자의 프로그램을 ROM에 저장한다면, 특정 유형의 ROM을 선택하기 전에 프로그램의 크기를 추정할 필요가 있다.

 

뿐만 아니라 연산이 수행될 때 처리 데이터가 임시로 RAM에 저장되기 때문에 프로그램에서 처리할 데이터 양도 추정해야 할 필요가 있다. 일반적으로 규모가 큰 프로그램은 많은 양의 데이터를 처리하므로, 통상 대용량 ROM과 대용량 RAM 을 결합해 사용한다. 그림에 나와 있는 MCU는 32 ~ 128KB의 플래시 ROM 과 6 ~ 20KB의 RAM을 탑재한다.

 

그러나, 프로그램의 실제 크기와 처리할 데이터 양은 프로그램을 생성하기 전까지 명확히 알 수 없다. 따라서 먼저 제품 시리즈 중에서 메모리 크기가 가장 큰 MCU를 택해 (그림에서 128KB ROM과 20KB RAM), 프로그램을 테스트한 다음 테스트 결과를 평가한 후 MCU를 최종적으로 결정하면 된다.

 

https://www.e4ds.com/sub_view.asp?ch=22&t=1&idx=3066 

MCU Q&A - 1. MCU를 선택할 때 어떤 기준을 적용해야 하나요? - e4ds 뉴스