프로그래머를 위한 AMBA의 이해 - APB·AHB·AXI 버스를 규격서와 보드로 읽기

강의를 마치면 얻게 되는 것

내가 쓴 코드 한 줄이 칩 안에서 어떤 길을 지나가는지 그림으로 그릴 수 있게 됩니다. 값을 썼는데 바로 반영되지 않을 때, 가끔만 이상해질 때, 같은 코드가 어디서는 빠르고 어디서는 느릴 때, 그 이유를 짐작이 아니라 설명으로 말할 수 있습니다.

레지스터에 값을 썼는데, 왜 아직 안 바뀌었을까요?

코드는 위에서 아래로 한 줄씩 실행된다고 배웠습니다. 그런데 칩 안에서는 내가 쓴 값이 CPU를 떠나 길을 따라 이동하고, 중간에서 잠시 기다리기도 하고, 다른 요청과 순서가 바뀌기도 합니다. 이 길을 모르면 "가끔만 생기는 이상한 문제"를 운이나 타이밍 탓으로 넘기게 됩니다.

이 강의는 그 길을 처음부터 손그림으로 그려 가며 따라갑니다. 길의 규칙이 적힌 원문 문서를 함께 펴서 해당 문장에 형광펜을 긋고, 실제 보드에서 재 본 숫자로 확인합니다.

느린 골목길에서 고속도로까지

칩 안의 길은 하나가 아닙니다. 주변장치로 가는 느리고 단순한 길, 메모리로 가는 넓은 길, 여러 요청이 동시에 오가는 고속도로가 있습니다. 이 강의는 쉬운 길부터 차례로 올라가며, 앞에서 배운 규칙이 다음 길에서 어떻게 바뀌는지 봅니다.

왜 지금 칩 안의 길인가

요즘 칩에는 CPU 코어 여러 개와 각종 가속기, 수많은 주변장치가 함께 들어 있습니다. 이 부품들이 데이터를 주고받는 길의 규칙으로 널리 쓰이는 것이 Arm의 AMBA입니다. 그래서 어떤 칩을 쓰든, 칩 매뉴얼을 펴면 이 길의 그림을 만나게 됩니다.

코드를 대신 써 주는 도구가 늘어날수록, 그 코드가 칩 안에서 왜 그렇게 동작하는지 설명할 수 있는 개발자의 가치는 더 커집니다.

이런 걸 배워요

18년 현장 강의에서 본 빈칸

2008년부터 기업과 기관에서 개발자들을 가르쳐 왔습니다. 그동안 코드는 잘 짜는데, 그 코드가 실행되는 바탕인 메모리와 버스는 잘 모르는 개발자를 많이 만났습니다.

• 버스 폭이 넓으면 빠르다는 건 알지만, 왜 그런지는 설명하지 못합니다.

• 보드에 메모리를 원하는 만큼 늘릴 수 없는 진짜 이유를 말하지 못합니다.

• 메모리 컨트롤러가 무슨 일을 하는지 몰라서, 새로 만든 보드에 처음 전원을 넣고 메모리를 살리는 단계에서 막힙니다.

이 빈칸들은 따로 떨어져 있지 않습니다. 칩 안의 길을 알면 한꺼번에 채워집니다. 주소 선의 개수가 가리킬 수 있는 메모리의 끝을 정하고, 데이터 선의 개수가 한 번에 옮기는 양을 정합니다. 메모리 컨트롤러는 버스의 말을 메모리의 말로 옮기는 통역사라서, 붙은 메모리의 폭과 속도를 부팅 코드가 먼저 알려 줘야 합니다. 그리고 무엇보다, 보드 전체가 어떤 구조로 이어져 있는지 한눈에 보이기 시작합니다.

현장에서 가장 자주 받은 질문 "코드는 맞는데 왜 가끔만 이상할까요?"에도, 이 강의는 칩 안의 길 그림 한 장과 보드의 숫자 하나로 답합니다.

소프트웨어 개발자가 풀어 쓴 AMBA, 2008년부터

저는 칩을 설계하는 사람이 아닙니다. 처음부터 지금까지, 그리고 앞으로도 임베디드 소프트웨어 개발자입니다. 다만 하드웨어에 관심이 많아 어셈블리를 따로 공부했고, ARM 프로세서로 오래 일하다 보니 내 코드가 지나가는 칩 안의 길, AMBA가 자연스럽게 궁금해졌습니다.

2008년, 그렇게 혼자 공부한 내용을 어딘가에 기록으로 남겨 두고 싶어 블로그에 'AMBA의 이해' 연재를 올렸습니다. 회로를 만드는 쪽이 아니라 그 회로 위에서 코드를 짜는 쪽의 눈으로, 규격서의 타이밍도를 한 칸씩 그림으로 풀어 쓴 글이었습니다. AMBA를 우리말로 쉽게 설명한 글을 찾기 어렵던 때라, 그 글에는 17년이 지난 지금도 공부하며 고맙다는 댓글이 달립니다.

이 강의는 그 설명을 AXI와 최신 규격까지 넓히고, 실제 보드에서 잰 숫자를 더해 영상으로 새로 만든 것입니다. 그래서 처음부터 끝까지 프로그래머의 눈높이로 설명합니다.

코드는 짜는데, 칩 안은 블랙박스였던 분께

버스라는 말을 처음 들어도 괜찮습니다. 레지스터에 값을 쓰고 읽어 본 경험이면 충분합니다. 그동안 "하드웨어 쪽 이야기"라며 건너뛰던 칩 매뉴얼의 버스 그림을, 이 강의가 끝나면 직접 읽을 수 있게 됩니다.

칩을 설계하는 분께도 권합니다. 이 강의는 내가 만든 하드웨어를 소프트웨어가 어떻게 쓰는지 반대편에서 보여 줍니다. 오류를 알리는 신호 하나, 쓰기를 잠시 맡아 두는 버퍼 하나가 프로그래머에게는 어떤 버그로 나타나는지 보고 나면, 설계할 때 무엇을 더 고민하고 매뉴얼에 무엇을 적어 둬야 하는지 생각하게 됩니다.

이 강의만의 특징

실제 강의 화면

실습 환경

자주 묻는 질문

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