[테크 리포트] 임베디드 시스템의 ‘SDx’, 복잡성이 커질수록 제어 유지하는 방법

임베디드 시스템은 장기간 소프트웨어 중심으로 발전해 왔다. 개발자들은 소프트웨어를 제품 차별화, 성능 향상, 고정 하드웨어 한계 밖 기능 구현을 위해 활용해 왔다.

최근 나타난 변화는 개념 자체의 전환이라기보다 규모·복잡성 확대에 있다. 오늘날 임베디드 시스템에서는 소프트웨어로 구현되는 기능이 증가하고 있다.

이에 따라 기능 추가의 소프트웨어 처리 확대가 진행되고 있다. 성능 조정의 소프트웨어 처리 확대도 함께 나타나고 있다.

연결성의 소프트웨어 처리 확대와 보안 동작의 소프트웨어 처리 확대가 이어지고 있다. 제품 수명주기 관리의 소프트웨어 처리 확대도 진행되면서 하드웨어 재설계 대신 소프트웨어 업데이트 활용이 증가하고 있다.

이 같은 변화는 SDx(Software-Defined Everything)로 불린다. SDx의 기존 대표 분야는 SDV(Software-Defined Vehicle)이며, 동일 흐름은 산업 자동화, IoT, 에너지 시스템, 의료기기로 확산되고 있다.

임베디드 개발팀 기준으로 보면 해당 개념의 핵심 원칙에는 큰 변화가 없다.

다만 시스템 연결성은 대폭 상승했고, 장기 운영 중 업데이트 필요성은 급증했으며, 보안 요구 수준도 상승했다.

배포 이후에도 소프트웨어의 안전한 진화가 필요해지면서 소프트웨어 책임은 확대됐고 리스크도 증가했다.

동시에 임베디드 시스템은 메모리 제한, 처리 자원 제한, 실시간성 요구, 안전 중요, 보안 중요라는 특성을 그대로 지닌다.

이 때문에 유연성만으로는 불충분하며, 통제 가능성, 예측 가능성, 장기 안정성의 중요성이 확대된다.

이러한 배경 속에서 SDx는 단순 유행어가 아니다.

이러한 배경 속에서 SDx는 반드시 체계적으로 관리할 현실 과제가 되고 있다.

임베디드 시스템에서 SDx의 의미는 하드웨어 역할 제거가 아니라 시스템 기능과 특정 하드웨어 구현의 분리이며, 목표는 제품 수명 동안 소프트웨어를 통한 기능 진화를 가능하게 하는 데 있다.

시스템 설계에는 중심 원칙 몇 가지가 존재한다. 원칙 1은 시스템 기능·데이터 흐름의 소프트웨어 계층 추상화다. 설계 초점은 특정 주변장치·인터페이스 직접 처리보다 시스템의 수행 내용에 놓인다.

이 방식의 효과로 개발자는 데이터 획득 방식·전송 경로·생성 방식 등 저수준 구현 세부사항에 대한 부담을 줄일 수 있다. 그에 따라 개발자는 애플리케이션 동작·시스템 목적에 집중할 수 있다. 이 같은 전환은 실시간성·성능·신뢰성 요구사항 충족 유지를 전제로 한다.

이 해당 구조의 중요성은 복잡성 증가하는 장수명 시스템에서 특히 부각된다. 기능 중심 설계 기준은 하드웨어 세부사항 배제, 안정적인 기능 중심이다. 그 결과 시스템 진화의 성격 변화가 일어나며, 취약한 변경은 관리 가능한 확장으로 바뀐다.

원칙 2는 이식성 확보다. 이를 위해서는 소프트웨어의 단일 프로세서 세대 비종속 설계가 조건으로 제시된다.

이 같은 설계는 공급망 변화 대응을 용이하게 한다. 아울러 특정 반도체 벤더 의존성을 감소시키는 효과도 낸다.

하드웨어 플랫폼 변경 시 소프트웨어 전체 재작성 불필요하다는 점이 전제다. 이에 따라 기존 투자 유지 가능하며, 검증된 동작 유지 가능하다.

이 같은 흐름에서 SDx의 주요 변화 대상 중 하나는 임베디드 산업이다. 특히 자동차 분야에서는 핵심 개념으로 SDV가 부각된다.

자동차에서는 차량 차별화 요소의 소프트웨어 중심화가 진행되고 있다. 소프트웨어 기반 차별화 사례로는 운전자 지원, 연결성, 사용자 경험, 구매 후 기능 활성화가 제시된다.

다만 자동차의 성격은 10년 이상 동작해야 하는 임베디드 제어 시스템이라는 점에 있다. 이 때문에 자동차 소프트웨어 요구사항으로 결정성 유지, 기능안전 유지, 예측 가능성 유지가 요구된다.

이에 따라 자동차 분야에서 기능 업데이트 가능성만으로는 불충분하다. 빌드 프로세스의 관리 가능성 필요, 배포 프로세스의 관리 가능성 필요가 함께 제기된다.

이 과정에서 DevOps(CI/CD) 역할은 사람·개발 환경·릴리스가 달라도 동일 결과 재현 지원에 있다. 동일 결과 재현 지원의 의의는 장기 운용 차량 소프트웨어의 핵심 기반이라는 데 있다.

산업 자동화 시스템·IoT에 SDx 구조 적용 시 유지보수 용이, 재구성 용이, 지속적 기능 확장 가능의 효과가 있다. 산업 자동화와 IoT 환경은 SDx 적용으로 유연성이 높아지는 구조를 갖는다.

다만 대부분 연속 운전 시스템이어서 장애의 즉시 크래시 미표출 특성이 나타난다. 이 때문에 문제는 곧바로 드러나기보다 누적되는 양상으로 전개된다.

문제 누적 형태로는 타이밍 드리프트, 메모리 단편화, 태스크간 비정상 상호작용, 장시간 실행 후 성능 저하가 있다. 이러한 문제들은 연속 운전 환경에서 축적되며 나타난다.

이들 문제의 단순 디버깅 난탐지 특성 때문에 동적/정적 디버깅·분석 도구 활용 필요성이 커진다. 실제 운용 중 분석 대상은 메모리 사용량, 타이밍 마진, 태스크 상호작용이다.

이 같은 도구 활용 목적은 증상 아닌 근본 원인 파악에 있다. 따라서 실제 운용 상태를 대상으로 한 분석이 요구된다.

의료 기술(Medical technology)에서 SDx의 진단 기능 향상 가능, 모니터링 기능 향상 가능, 치료 기능 향상 가능이 있다. 동시에 의료기기 분야의 모든 변경에 추적 가능성 필요와 감사 가능성 필요가 함께 요구된다.

인증 준비는 프로젝트 마지막 단계의 작업이 아니며, 개발 프로세스에 포함될 필요가 있다.

이를 위해서는 기능 안전 솔루션 사용이 필요하다.

기능 안전 솔루션으로는 재현 가능한 빌드가 가능할 필요가 있고, 일관된 코드 분석이 가능할 필요가 있으며, 검증 결과 추적이 가능할 필요가 있다.

또한 업데이트 후에도 검증된 동작이 유지됨을 입증할 수 있어야 한다.

SDx 시대에도 임베디드 현실은 불변이다.

SDx 확산에도 임베디드 제약은 지속되며, 메모리는 여전히 제한적이고 실시간성은 필수이며 보안 위협은 지속 진화한다.

변화한 요소는 이런 제약 자체가 아니라 제약을 다루는 방식이다.

보안은 후처리 항목이 아니며, 장기간 진화하는 시스템에서 보안은 반복 가능하게, 일관되게 유지될 필요가 있다.

이와 관련해 SDx 기반 임베디드 개발 지원 방식이 제시된다.

재현 가능한 빌드는 신뢰 가능한 인증 툴체인의 자동화된 빌드 환경 통합이 필요하다는 뜻이다.

이런 재현 가능한 빌드를 통해 개발자간 동일 빌드 결과를 얻고, CI 서버간 일관성을 유지하며, 장수명 제품 릴리스 관리를 하고, 인증 대응 문서를 확보할 수 있다.

SDx 시스템은 지속적 변경을 전제로 하므로 품질 검증도 한 번으로 끝나지 않고 지속 수행이 필요하다. 이에 따라 모든 빌드의 자동 검증 대상화 필요가 제기된다.

이를 위해 정적 분석·동적 분석 툴 활용 필요가 크다. 이들 툴을 통해 코딩 규칙 자동 적용 가능하고, 통합 전 결함 검출 가능하며, 취약점 패턴 검사 가능하고, 회귀 리스크 감소 가능하다.

보안은 사후 부가 요소가 아니다. 따라서 디바이스 인증의 전체 라이프사이클 포함 필요, 코드 서명의 전체 라이프사이클 포함 필요, 보호 체계의 전체 라이프사이클 포함 필요가 함께 요구된다.

현대 임베디드 제품은 여러 하드웨어 세대를 경유한다. 이에 따라 소프트웨어 구조의 특정 프로세서 비종속 필요가 커진다.

이 같은 접근은 하드웨어 교체 비용 최소화 필요와 하드웨어 교체 리스크 최소화 필요로 이어진다. 하드웨어 변화에 맞춰 소프트웨어를 특정 프로세서에 묶지 않는 구조가 필요하다는 의미다.

결국 SDx의 핵심은 무조건적 속도 아님이라는 점이다. 임베디드에서 중요한 것은 통제다.

임베디드 분야는 SDV~의료·산업 시스템에 이르기까지 미래의 소프트웨어 중심화가 확대되고 있다.

이 같은 흐름 속에서 계획된 변화 필요가 커지고 있다.

동시에 예측 가능한 결과 필요도 함께 제기된다.

여기에 안전한 운영 필요 역시 중요한 전제가 되고 있다.

핵심 과제는 소프트웨어 중심화 여부보다 복잡성 증가 환경에서의 통제 유지에 있다.

이를 위해서는 소프트웨어 프로세스 전환 필요가 제기된다.

이 전환은 빌드·성능·보안·인증 대상을 포괄해야 한다.

아울러 반복 가능성·통제 가능성 확보가 가능해야 한다.

구체적으로는 재현 가능한 빌드 필요가 있다.

또한 일관된 코드 분석 필요가 있다.

성능·메모리 가시성 필요도 함께 요구된다.

여기에 임베디드 보안 메커니즘 필요가 뒤따른다.

동시에 인증 대응 가능한 개발 흐름 필요도 확보돼야 한다.

이 같은 체계를 통해 SDx 혁신과 예측 가능성 동시 확보 효과를 기대할 수 있다.

결국 임베디드팀 과제는 SDx 도입과 함께 결정성·보안·장기 안정성 유지를 이루는 데 있으며, 향후 경쟁력의 기준은 그 균형 유지에 달려 있다.

출처: 테크월드뉴스 · 이광재 기자
원문: https://www.epnc.co.kr/news/articleView.html?idxno=406432

참고자료

• https://www.epnc.co.kr/news/articleView.html?idxno=406432