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플랫폼 기반의 접근 방식으로 측정 및 제어 시스템의 개발을 가속하는 방법을 알아보십시오.
그림 1. LabVIEW와 NI 배포 타겟을 이용하면 단일 시스템 플랫폼 방식으로 측정과 제어가 필요한 시스템의 개발을 가속시킬 수 있습니다.
치열한 경쟁과 빠르게 변화하는 기술로 인해 전세계 업체들간의 제품 개발 경쟁이 더해져 가고 있습니다. 이 같은 부담을 덜어내고 시장에서 우위를 점하려면 증가하는 복합성을 추상화하고 진화하는 기술의 장점을 활용할 수 있는 툴이 필요합니다. 하지만 이러한 새로운 툴을 학습하고 사용하는데 투자해야만 하는 초기 비용들이 발목을 잡을 수 있습니다.
생산성 있는 소프트웨어와 재구성 가능한 하드웨어를 이용하는 그래픽 기반 시스템 디자인을 적용하면 새로운 기술과 다양한 기능의 통합 시기를 단축시킬 수 있습니다. 이 플랫폼은 직관적인 인터페이스를 통해 시스템의 디자인, 프로토 타이핑 및 배포를 가속할 수 있는 기술을 쉽게 사용할 수 있게 해주기 때문에 시스템을 보다 빠르게 시각화 처리하고 구현할 수 있습니다.
플랫폼 기반의 접근 방식
그래픽 기반 시스템 디자인은 측정과 제어가 필요한 시스템의 개발을 가속시키는 플랫폼 기반 방식입니다. 시스템의 개발은 처음부터 전 과정을 모두 직접 구축 하거나, 제작된 솔루션을 구입하거나, 또는 기존 시스템의 업그레이드를 통해 진행할 수도 있습니다. 그래픽 기반 시스템 디자인 방식은 일관된 API를 제공 하므로, 이러한 어플리케이션의 요구사항을 사용자가 원하는 하드웨어 타겟에 맵핑할 수 있기 때문에 이러한 개발 프로세스를 줄일 수 있습니다. 이 같이 유연한 소프트웨어/하드웨어 통합 플랫폼을 이용하면 테스트, 제어, 모니터링, 임베디드, 측정 및 측정과 제어가 필요한 모든 분야의 개발속도를 향상시킬 수 있습니다. 그림 1은 그래픽 기반 시스템 디자인 툴인 NI LabVIEW 소프트웨어와 NI 하드웨어로 플랫폼 기반의 접근 방식으로 시스템을 구현하는 내용을 나타낸 것입니다. 플랫폼 기반의 접근 방식은 기존의 시스템 개발 접근방식에 비해 더욱 뛰어난 생산성, 높은 성능 및 낮은 비용을 제공하는 동시에, 향후 새로운 기술과 요구사항을 쉽게 통합할 수 있도록 합니다.
유연한 시스템 플랫폼의 핵심 요소
측정과 제어가 필요한 시스템의 핵심 요소는 크게 측정 및 제어 I/O, 수학적 모델 및 분석, 사용자 또는 운영자 인터페이스, 프로세싱, 통신 및 기타 기술로 나뉠 수 있습니다. 이러한 시스템을 디자인하고 구현하려면, 연산 모델, 시스템 타이밍 등과 같은 시스템 기능을 소프트웨어에서 기술하기 위한 방법이 필요합니다. 이 요소들을 물리적 하드웨어 플랫폼에 결합시켜 실제 동작하는 시스템을 구현할 수도 있습니다.
LabVIEW 시스템 디자인 소프트웨어는 복잡성을 추상화하는 방식으로 시스템 요소들을 통합하여 시스템 통합에서 발생하는 문제보다는 어플리케이션 과제를 해결하는 데 집중할 수 있게 해줍니다. 이 소프트웨어는 필요한 동작에 가장 적합한 연산 모델을 이용하여 시스템 기능을 프로그래밍하는 방식들을 시각화 처리할 수 있습니다. LabVIEW는 밀리초 범위의 소프트웨어 Timed Loop부터 시스템 백플레인의 나노초 하드웨어 타이밍까지 다양한 도구를 활용함으로써 시스템의 타이밍을 보다 쉽게 시각화 처리할 수 있습니다. 마지막으로 수학 모델, I/O 하드웨어 및 시스템 구축에 필요한 기타 구성요소를 통합하는 수천 개의 내장 및 커뮤니티가 개발한 라이브러리를 이용할 수 있습니다.
그림 2. FPGA 시스템 기능을 그래픽으로 표현한 것으로, 수 천 줄의 VHDL 코드와 동일한 기능을 합니다.
다양한 요구사항 통합
그래픽 기반 시스템 디자인을 이용하면 기존 시스템 디자인 방식보다 더욱 빠르게 다양한 요구사항을 충족시킬 수 있습니다. 시스템 기능을 시각화 처리하기 위해서는 각각의 서로 다른 시스템 구성요소를 가장 잘 표현하는 여러 방법이나 연산 모델이 필요할 수 있습니다. 예를 들어, 병렬 프로그래밍은 데이터 흐름을 사용할 때 가장 잘 표현되는 한편, 등식은 텍스트를 사용할 때 보다 효율적으로 표현됩니다. 시스템의 구조는 상태 기반 모델, 순차적 모델, 또는 이 두 가지가 혼합된 모델일 수 있습니다. LabVIEW는 사용자의 요구에 가장 잘 맞는 방식으로 다양한 연산 모델을 통합해 시스템의 다양한 구성요소를 기술합니다. 예를 들어, 노드의 인터랙티브 텍스트 기반 연산은 다른 신호 처리, 사용자 인터페이스 및 I/O 요구사항과 그래픽적으로 인터페이스하는 동일한 다이어그램에 연산을 쉽게 통합할 수 있게 해줍니다. 또한, 컴파일된 ANSI C 코드를 라이브러리로서 통합하거나, 상태 머신을 이용해 이벤트 기반 시스템을 기술할 수도 있습니다.
마지막으로 LabVIEW VI는 데스크탑, 리얼타임, FPGA 및 DSP 컴파일 도구를 통해 여러 하드웨어 타겟을 컴파일합니다. 이러한 타겟들은 동일한 아키텍처를 사용하기 때문에 고성능, 고전력 요구사항부터 저비용, 소형 크기 시스템까지 쉽게 확장이 가능합니다.
그래픽 기반 시스템 디자인에 최적화된 하드웨어 아키텍처
독립형 계측기나 미리 정의된 전용 기능을 갖춘 기타 I/O 시스템을 LabVIEW와 함께 이용할 수는 있지만, 소프트웨어를 이용해 이 시스템을 제대로 최적화시키는 것은 불가능합니다. NI 시스템 플랫폼은 모듈형 I/O와 소프트웨어를 통해 정의되는 처리 기능을 제공하므로, 필요한 기능을 정확히 정의하고 향후 구성요소를 업그레이드하는 것이 훨씬 더 쉽습니다. LabVIEW는 이러한 요소의 복잡성을 다른 요소와 동일한 방식으로 추상화합니다. 시스템 플랫폼 방식에 투자하면 그래픽 기반 시스템 디자인에 최적화된 아키텍처를 이용해 제품 개발 주기의 각 단계마다 신속하게 통합 및 반복 작업을 수행할 수 있습니다.
그래픽 기반 시스템 디자인에는 디자인과 구현을 위한 플랫폼의 일부로 소프트웨어와 하드웨어가 모두 포함되어 있습니다. 일반적인 프로토타입 또는 최종 시스템의 구현 단계에서는 디자인 툴의 IP 변환이 필요한 경우가 많기 때문에 개발 속도가 느려질 수 있습니다. 그리고 상대적으로 안정적인 모델도 실제 환경에서 예기치 않게 동작할 수 있습니다. 또한, 초기 디자인에서 기존 하드웨어를 구현할 때는 여러 툴과 지침이 필요할 수 있습니다. 하지만, 그래픽 기반 시스템 디자인은 처음부터 끝까지 직접 정의가 가능한 상용 하드웨어에 소프트웨어를 통합함으로써 이러한 과제를 해결할 수 있습니다. 이 방식은 제작하는 어플리케이션이 풍력 터빈용 컨트롤러이든, 자동화 테스트 시스템이든 관계없이 궁극적인 목적을 위한 포괄적인 시각을 제공합니다. 그래픽 기반 시스템 디자인을 이용하면 LabVIEW에 사용자 정의 가능한 상용 옵션을 결합시킴으로써 구현 가능한 솔루션을 신속히 발견해낼 수 있습니다.
실제 환경에 적용된 그래픽 기반 시스템 디자인
그래픽 기반 시스템 디자인의 생산성이라는 이점은 측정과 제어가 필요한 시스템을 구축하고 있는 모든 산업 영역에서 적용할 수 있습니다. 예를 들어, Biorep Technologies의 엔지니어들은 그래픽 기반 시스템 디자인을 이용해 복잡한 자동 의료기기를 제어합니다. 그래픽 기반 시스템 디자인 방식을 이용한 Bioreap은 소프트웨어와 하드웨어 학습을 한 번에 진행할 수 있어 개발 시간을 1년에서 3개월로 단축시킬 수 있었습니다.
이와 같은 플랫폼은 스페인 카나리아스 천체물리연구소(Instituto de Astrofisica de Canarias)의 과학자들이 유럽 VLT(Very Large Telescope) 어레이용 액추에이터의 위치를 제어하는 시스템을 개발하면서 성능 및 경제적인 효과를 얻을 수 있게 해주었습니다. 맞춤 제작이 아닌 직접 정의 가능한 상용 플랫폼을 선택하면서 예상했던 초기 성능 저하 문제도 일어나지 않았습니다.
실제로 이들은 개발 시간을 크게 단축시키면서 필요한 성능 요구사항을 초과 달성했습니다.
그림 3. 계속해서 성장하고 있는 IP, 기술 및 어플리케이션으로 이루어진 에코시스템이 NI 플랫폼을 이용한 그래픽 기반 시스템 디자인을 지원합니다.
플랫폼 에코시스템으로 혁신 주도
그래픽 기반 시스템 디자인을 이용하면 다른 엔지니어들의 작업들도 플랫폼 에코시스템에서 활용할 수 있습니다. 그림 3에서 NI 그래픽 시스템 디자인 플랫폼의 에코시스템을 확인하십시오. PC 에코시스템이 지원하는 버추얼 인스트루먼테이션(VI)을 테스트 업계에 성공적으로 도입한 것은 그래픽 기반 시스템 디자인 방식이 보다 적은 비용으로 더 뛰어난 성능을 제공함으로써 어플리케이션 영역을 어떻게 혁신했는지를 잘 보여줍니다.
수많은 엔지니어링 툴들은 통합이 필요할 경우에도 개발 로세스에서 각각의 특정 영역에 최적화 되어 있습니다. 이러한 툴 또는 플랫폼은 소프트웨어나 하드웨어에 집중하는 경우가 많으며, 전체 시스템 통합이 우선 순위에서 떨어지는 경향이 있습니다.
실제 솔루션을 구축하기 위해 많은 전문지식과 시간이 필요한 툴체인을 선택하는 것이 어렵지 않을 것입니다. 하지만 그래픽 기반 시스템 디자인을 이용하면 복잡성을 추상화하고 소프트웨어와 하드웨어를 긴밀하게 통합해 디자인 프로세스에서 가장 많은 시간이 필요한 부분을 줄여주는 유연한 플랫폼을 얻을 수 있습니다. LabVIEW와 재구성 가능한 하드웨어 및 IP 에코시스템을 통해 수년간 수천 명이 해내는 작업을 할 수 있어 개발 및 혁신 속도를 가속화할 수 있습니다.
- Norma Dorst norma.dorst@ni.com Norma Dorst는 내쇼날인스트루먼트의 기업 마케팅 매니저입니다. 현재 회사 비전 및 브랜드 마케팅 업무와 글로벌 마케팅 조정 및 커뮤니케이션 업무를 맡고 있으며, 오스틴에 소재한 텍사스 대학에서 전기 공학 학사 학위를 취득했습니다.
그래픽 기반 시스템 디자인을 이용한 가장 혁신적인 프로젝트 사례를 ni.com/gsdawards에서 확인하십시오
본 문서는 2011년 4분기 Instrumentation Newsletter에서 발췌한 내용입니다. 전체 내용을 살펴보시려면 다음을 방문하세요.
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