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Zynq SoC를 이용한 드론 플랫폼의 활공이 시작된다!


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글/종보 왕(Zongbo Wang), 브루노 캠프스(Bruno Camps): 에어로테나(Aerotenna) 창립자

    얀 리(Yan Li), 조슈아 프레이저(Joshua Fraser): 에어로테나 임베디드 디자인 엔지니어

    리야닝 지(Lianying Ji), 무뉴 테크놀로지(Muniu Technology) CTO

    지에 장(Jie Zhang), 무뉴 테크놀로지 소프트웨어 엔지니어


무인 항공기(UAV: Unmanned Aerial Vehicle)와 드론 산업이 빠르게 성장하면서 새로운 상업용 및 컨수머 마켓에까지 진출하고 있다. 무인 항공기의 진출 범위는 3D 모델링, 군사, 택배 서비스와 같은 새로운 애플리케이션을 창출하면서 지속적으로 확대되고 있다.

문제는 이러한 애플리케이션이 갈수록 복잡해지면서 더욱 많은 프로세싱 파워와 I/O(Input/Output) 인터페이스를 필요로 하지만, 현재 이용할 수 있는 UAV 플랫폼은 이러한 발전 속도와 동일하게 개선되고 있지 않다는 것이다. 대부분의 UAV 플랫폼은 비행에 필요한 소프트웨어와 하드웨어가 지속적으로 진화하면서 성능의 한계에 이르고 있다.

에어로테나(Aerotenna)의 팀은 자일링스(XilinxⓇ) 징크-7000(ZynqⓇ-7000)올 프로그래머블(All Programmable) SoC를 기반으로 구현한 보드를 이용해 UAV 비행에 성공했다. 이번 비행은 에어로테나의 연산 집약적인 극초단파 센싱 제품의 출시를 알리는 시작이었다. 에어로테나는 다른 동급 솔루션들은 필요한 프로세싱 파워를 제공하지 못했기 때문에 징크 SoC를 채택하게 되었다. 이 새로운 플랫폼(그림 1)을 통해 에어로테나는 자사의 극초단파-기반 충돌방지 시스템을 구축함으로써 무인 비행을 개선할 계획이다.


현존 UAV 기술의 한계


UAV 산업의 주요 추진방향은 모든 불필요한 기능을 제거하고, 간소화함으로써 가능한 경제적인 비행을 실현하는 것이다. 만약 여러분이 원하는 가장 간소화된 방식의 제품을 구매하고자 한다면, 이는 좋은 일일 것이다. 하지만 새롭고 복잡한 애플리케이션을 추구하는 우리와 같은 개발자들은 아이디어를 실현할 프로세싱 속도를 제공하는 고유의 UAV 플랫폼을 구현하고, 확장할 필요가 있다.

오늘날의 표준 UAV 플랫폼의 또 다른 주요 한계점은 프로세서와의 입력 및 출력 커넥션이 부족하다는 것이다. 따라서 비행 제어 시스템은 쉽게 최대 프로세서 용량 및 I/O 성능에 도달하게 되며, 새로운 센서나 새로운 애플리케이션을 위한 충분한 여분이 주어지지 않는다.

표준 프로세서 보드에 포함된 대부분의 I/O는 비행에 필요한 다양한 컴포넌트에 의해 이미 사용되고 있다. 이러한 기능으로는 항공기 방향 정량화를 위한 관성측정 센서와 고도를 판단하기 위한 기압계 및 고도계, 그리고 사용자 입력을 디코딩하기 위한 RC 리시버 등이 있다. 추가 기능을 수행하기 위해 남겨진 모든 I/O는 많은 옵션을 제공하지 않으며, 일반적으로 카메라나 내비게이션을 위한 GPS와 같은 대부분 가장 많은 수요에 국한되어 있다. 다양한 센서 및 외부 인터페이스와 호환 가능한 단일 플랫폼은 현재 마켓에 존재하지 않는다.

에어로테나는 기초부터 완전히 새로운 보드를 디자인함으로써 이러한 한계를 극복할 수 있을 것으로 생각했다. 이 회사는 다른 플랫폼에서 실패한 기능들까지도 훨씬 뛰어난 성능으로 동작할 수 있는 새로운 UAV 플랫폼을 만들기 위해 노력해 왔다. 에어로테나는 이러한 목표를 달성하기 위해 자일링스의 징크 SoC 디바이스를 사용했다. 이 탁월한 디자인은 차세대 UAV에서 필요로 하는 훨씬 향상된 프로세서 속도와 I/O 성능을 제공하게 될 것이다.


왜 징크 SoC인가?


에어로테나는 강력한 플랫폼을 구현하기 위한 토대로 올 프로그래머블 징크 SoC를 채택했다. 징크 SoC에 내장된 듀얼-코어 ARMⓇ CortexTM-A9 APU는 독보적인 프로세서 속도를 제공한다. 칩의 구조나 멀티프로세서 성능, I/O 액세스 속도 등에서 징크 SoC와 비교할 만한 현재 마켓에 제공되는 경제적인 UAV 플랫폼 솔루션은 없다. 따라서 징크 SoC는 차세대 플랫폼을 위한 완벽한 대안이라고 할 수 있다.

현재 마켓에 제공되는 대부분의 비행 제어 플랫폼은 MCU(Microcontroller Unit)를 기반으로 하고 있다. 이 아키텍처는 제한된 프로세싱 파워나 I/O 확장 성능으로 인해 센서 융합을 실현하는데 한계가 있다.

징크 SoC의 장점은 프로세싱 파워 및 I/O 성능에서 모두 명확하게 확인할 수 있다. 듀얼 ARM 코어와 FPGA 로직을 겸비함으로써 타이밍에 민감한 프로세싱작업의 일부를 프로그래머블 로직에 배치하는 하드웨어/소프트웨어 코-디자인 방식이 가능하다. I/O 주변장치 및 메모리 인터페이스 또한 MCU-기반 플랫폼에서 제공하는 것보다 훨씬 다재다능하다.

징크 SoC를 채택한 또 다른 이유는 매우 빠른 엄청난 성능의 CPU를 필요로 하는 복잡한 비행 제어 프로그램을 손쉽게 처리할 수 있기 때문이다. 또한 이 디바이스는 상당히 많은 성능 여분을 가지고 있기 때문에 비행 제어 프로그램을 확장할 수 있는 여지가 충분하다.

수많은 타입의 비행 소프트웨어 프로그램이 존재하며, 이들은 동작방식(Behavior) 및 복잡성 면에서 모두 다르다. 우리가 사용하기로 결정한 비행 제어 소프트웨어는 드론코드(Dronecode)의 APM(Autopilot Machine)이 제공하는 아두파일럿(ArduPilot)이다. 이는 다른 것에 비해 매우 복잡하지만, 이보다 간단한 프로그램에는 포함되어 있지 않은 웨이포인트 내비게이션이나 다중 비행 모드와 같은 사용자의 특정 애플리케이션을 충족시킬 수 있는 많은 기능들을 제공한다...(중략)

leekh@semiconnet.co.kr
(끝)
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