Evertop - 100시간 이상 배터리 수명을 가진 E-ink IBM XT 클론

 (github.com/ericjenott)
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  • Evertop은 IBM XT를 80186 프로세서와 1MB RAM 구성으로 에뮬레이션하는 휴대용 PC로, DOS, Minix, 일부 1980년대 운영체제와 Windows 3.0까지 실행함
  • 저전력 ESP32 마이크로컨트롤러, 5.83인치 648x480 E-ink 디스플레이, 10,000mAh 배터리 2개, 강한 절전 설계를 결합해 한 번 충전으로 수백~수천 시간 사용을 목표로 함
  • 내장 키보드, PS/2 키보드·마우스, CGA/Hercules/MCGA 그래픽, 일부 EGA/VGA, PC speaker·Adlib·Covox·Disney Sound Source 오디오, RS232, USB 플래시 드라이브, Ethernet, Wi-Fi, LoRA 등 주변장치가 폭넓게 들어감
  • 전원은 탈착식 태양광 패널, 2.5~20V DC 입력, micro USB로 공급·충전할 수 있고, 6V 6W 태양광 패널은 실제 측정에서 최대 700mA, 흐린 날 70~100mA 수준을 보임
  • Evertop Min은 키보드, 가변 전압 충전, 태양광 패널, RJ45 Ethernet, DB9 serial, LoRA, 전압계, 배터리 절반을 제거해 무게·재료·부품·조립 비용을 줄인 최소형 버전임

Evertop의 기본 구조

  • Evertop은 초저전력 장시간 배터리 태양광 PC를 표방하는 휴대용 컴퓨터임
  • IBM XT를 에뮬레이션하며, 구성은 80186 프로세서와 1MB RAM임
  • 실행 가능한 소프트웨어 범위는 다음과 같음
    • DOS
    • Minix
    • 일부 1980년대 운영체제
    • Windows 3.0까지
  • 호환성 범위는 1980년대와 1990년대 초반의 거의 모든 IBM PC/XT 호환 DOS 소프트웨어임

전력 설계와 배터리 수명

  • 장시간 동작의 핵심 구성은 저전력 마이크로컨트롤러, 전력 소모가 낮은 E-ink 디스플레이, 10,000mAh 배터리 2개, 강한 절전 조치임
  • 절전 모드에서는 대기 상태가 아니라 지속적인 대화형 사용 기준으로 낮게는 200시간, 보통 500시간 또는 경우에 따라 더 오래 동작할 수 있음
  • 기본 태양광 패널을 함께 쓰면 오프그리드 환경에서 배터리 수명을 크게 신경 쓰지 않고 사용할 수 있도록 설계됨
  • 향후 기존에 만든 네이티브 텍스트 편집기·워드프로세서·전자책 리더를 이식할 계획이 있음
    • 해당 앱에서는 한 번 충전으로 1000시간 이상 사용을 기대함
    • 전자책 리더 앱에서는 5000~10000시간 사용 가능성도 기대함
  • Evertop은 사용자 시작 또는 자동 디스크 최대 절전을 지원함
    • IO 제어 이중 MOSFET 회로로 유휴 상태에서 전원을 완전히 차단할 수 있음
    • 다시 켜면 이전 위치에서 재개할 수 있음
  • 내부 주변장치는 전면 패널의 물리 스위치로 사용하지 않을 때 끌 수 있어 불필요한 전력 소비를 줄임

충전 방식과 태양광 성능

  • 전원 공급과 충전 방식은 3가지임
    • 내장 탈착식 태양광 패널
    • 내부 buck/boost 회로를 통한 2.5~20V DC 입력
    • micro USB 커넥터
  • 세 전원은 동시에 충전 소스로 사용할 수 있고, 사용 중에도 모든 방식으로 충전할 수 있음
  • 배터리 잔량과 충전 전압 확인을 쉽게 하기 위해 내장 전압계가 들어감
  • 태양광 패널 정격은 6V, 6W임
    • 이론상 완전한 햇빛에서 1A를 낼 수 있음
    • 실제로 본 최대값은 700mA임
    • 이 정도도 햇빛 1시간당 10~50시간의 지속 사용 전력을 제공할 수 있음
    • 매우 흐린 날에도 70~100mA를 얻어 충전 1시간당 1~5시간 사용이 가능함

내장 주변장치와 입출력

  • Evertop에는 내장 키보드와 외부 PS/2 키보드·마우스 포트가 있음
  • 그래픽 지원 범위는 다음과 같음
    • CGA
    • Hercules
    • MCGA
    • 일부 EGA
    • 일부 VGA
  • 오디오 출력은 PC speaker, Adlib, Covox, Disney Sound Source를 지원함
    • 내장 스피커가 있음
    • 헤드폰 잭과 볼륨 조절 휠이 있음
  • 통신·입출력 포트는 다음을 포함함
    • DB9 RS232 serial 포트 1개
    • TTL serial 포트 1개
    • dual keyboard and mouse PS/2 포트
    • USB 플래시 드라이브 포트
    • RJ45 Ethernet 포트
    • Wi-Fi
    • LoRA radio
  • LoRA 실시간 채팅 클라이언트는 QBASIC으로 약 15분 만에 작성됨
  • Bluetooth 하드웨어는 들어 있지만 아직 기능으로 구현되지 않음
    • 계획된 후보는 BT 키보드·마우스, Bluetooth serial, Bluetooth IP, Bluetooth audio, Bluetooth 파일 전송임
  • 내장 키보드는 짧은 테더로 쉽게 분리할 수 있음
    • 본체를 세워두고 키보드를 평평한 곳에 둘 수 있음
    • PS/2 포트에 별도 키보드를 꽂아 풀사이즈 키보드를 사용할 수도 있음

저장장치와 에뮬레이션 시스템 구성

  • 플로피와 하드디스크 이미지는 SD 카드에 저장함
  • 사용 중인 카드는 256GB SD 카드임
    • 더 큰 카드도 동작할 수 있지만 테스트되지 않음
  • 하드디스크 이미지는 각각 최대 4GB까지 가능함
  • 에뮬레이션 시스템 하나는 플로피 2개와 하드디스크 2개를 마운트할 수 있음
    • 시스템당 총 8GB까지 구성 가능함
  • 여러 에뮬레이션 시스템을 설정하고 부팅 시 선택할 수 있음
    • 이전 선택을 기본값으로 유지할 수도 있음

구현 기술

  • 내부 구동은 Espressif ESP32 마이크로컨트롤러가 담당함
  • 디스플레이는 good-display.com의 5.83인치 648x480 “fast refresh” 모델임
    • 새로고침하지 않을 때 전력을 쓰지 않음
  • 소프트웨어 기반은 Fabrizio Di Vittorio의 FabGL 라이브러리용 PCEmulator 데모에서 시작됨
    • 약 2년 동안 추가, 제거, 변경, 수정, 실험을 거쳐 현재 형태가 됨
  • 외장은 3D 프린트한 무광 PETG 플라스틱임

Evertop Min

  • Evertop Min은 원본 Evertop의 최소형 버전임
  • 무게, 재료, 부품, 조립 비용을 줄이기 위해 제거된 요소는 다음과 같음
    • 내장 키보드
    • 가변 전압 충전
    • 태양광 패널
    • RJ45 Ethernet
    • DB9 serial 포트
    • LoRA radio
    • 전압계
    • 배터리 용량 절반
  • 유지되는 요소는 다음과 같음
    • 동일한 E-ink 디스플레이
    • dual keyboard/mouse PS/2 포트
    • 내장 스피커
    • 헤드폰 잭
    • 볼륨 조절 휠
    • USB 플래시 드라이브 포트
    • Wi-Fi 네트워킹
    • Bluetooth
    • TTL serial 포트
    • SD 카드 슬롯
    • micro USB 충전 포트
  • 더 큰 Evertop과 같은 펌웨어를 실행함
  • 사용자가 PS/2 키보드와 외부 태양광 패널을 추가하면 더 가볍고 작은 오프그리드 장시간 컴퓨팅 구성이 가능함

데모와 예시 실행

  • 샘플 영상에는 QBASIC “hello world”, Space Quest 3의 Adlib 사운드, Windows Minesweeper, Adlib Jukebox, USB 플래시 드라이브 사용, 네트워킹, 웹 브라우징, 최대 절전과 재개, 태양광 패널 탈착 등이 포함됨
  • 일부 영상이 Firefox에서 재생되지 않으면 Chrome 사용을 권장함
  • 고해상도 전체 길이 영상은 YouTube playlist에서 볼 수 있음
  • 샘플 이미지에는 Doom, Monkey Island, Space Quest, Wolfenstein 3D, Prince of Persia, SimCity, King’s Quest, Word for Windows, Excel, WordStar 7, MS Works, 네트워킹, Minix와 C 컴파일러, 외장 포트와 내부 접근 사진이 포함됨

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GN⁺   [-]
Hacker News 의견들

  • 실제로는 100시간도 과소평가임. 절전 모드를 안 써도 한 번 충전으로 최소 200시간은 계속 능동 사용 가능하고, 절전 모드를 쓰면 500시간 이상도 쉽게 갈 수 있음

  • 멋짐. 디스플레이가 얼마나 오래 버티는지 궁금함. 나도 이 정도로 인상적이진 않지만 전자종이 대시보드를 만져봤고, Waveshare 디스플레이는 최대 100만 회 새로고침이라고 되어 있음. 여기 쓴 디스플레이가 더 좋아 보임
    내가 만든 소박한 전자종이 프로젝트들:
    https://www.asciimx.com/projects/e-reader/
    https://www.asciimx.com/projects/etlas/

    • Evertop을 만든 Eric임. 화면 새로고침 속도는 약 350ms, 초당 거의 3회 수준임. 물론 표시 내용이 바뀌지 않으면 화면을 새로고침하지 않도록 되어 있어서 실제로 항상 초당 3번 갱신되는 건 아님
      같은 화면을 2년 조금 넘게 하루 평균 1~2시간 정도 써왔는데, 새 화면과 비교해도 글자와 그래픽 선명도 차이는 거의 없거나 아주 작게 보임
    • 아마 https://www.good-display.com/product/440.html일 가능성이 큼. 이것도 100만 회 새로고침이고 빠른 새로고침 시간이 1.5초라서, 화면 업데이트 기준으로 약 185시간 정도임. 하루 5시간 타이핑하면 대략 3개월, 전자책 리더처럼 쓰면 몇 년은 감
      이런 기기가 매일 아주 빡세게 쓰일 것 같진 않아서, 몇 년 동안 가끔 꺼내 쓸 수 있다고 기대하는 건 합리적으로 보임

  • 여기엔 아직 비어 있는 기기 범주가 있다고 봄. 전력은 낮지만 영구적으로 쓸 수 있고, 기본 기능을 갖춘 기기들임. 시간이 지나 초저전력 하드웨어가 점점 더 유능해지면 노트북 같은 기기를 대체할 수도 있을 듯함

    • 많은 사람이 완전히 작동하고 성능도 매우 좋은 휴대폰을 팔거나 남에게 주는데, 이유는 소프트웨어 지원 종료 때문임
      하드웨어는 오랫동안 충분히 유능하고 내구성도 좋은 편임. 하지만 10년 된 미지원 소프트웨어를 감수하려면 꽤 특수한 사용자층이 필요하고, IBM XT 수준의 소프트웨어라면 더더욱 그럼
      이런 기기는 수가 매우 적어서 보안이 크게 고려되지 않음. 인터넷에 연결된 Amiga에 침입할 사람은 장난치는 친구 정도일 것임. 하지만 영구 사용 기기가 실질적인 일, 특히 돈과 조금이라도 관련된 일에 쓰인다면 훨씬 더 최신 상태여야 함
    • 동의함. 10년 전에는 여러 작업에 충분한 성능과 10시간 이상 배터리를 가진 넷북이 있었음. 그 이후 CPU가 발전한 걸 생각하면 비슷한 성능을 훨씬 작은 CPU에 넣고 훨씬 적은 전력으로 돌릴 수 있어야 함. 화면도 그때보다 발전했음
      이메일 작성, 가벼운 코딩과 브라우징, 다른 장비로 SSH 접속이 가능하면서 50시간 배터리를 제공하는 초박형·초경량 노트북은 어디에 있는지 궁금함
    • 그러고 보니 넷북은 어떻게 된 건지 모르겠음. 글을 많이 쓰고 이동 중 쓸 기기가 필요한 사람에게는 예전 넷북이 완벽했음. 이제는 그 폼팩터를 찾기 어려움. 가장 작은 Chromebook도 노트북보다 아주 조금 작을 뿐으로 보임
    • 상용 제품이 몇 가지 나오고 마케팅도 하는 중임. 여기서 흥미로운 걸 찾을 수 있을 듯함: https://old.reddit.com/r/writerDeck/
      나는 Boox Palma 2를 스탠드에 올리고 Thinkpad Keyboard 2를 붙여 비슷하게 쓰고 있음. 배터리가 100시간은 아닐 수 있지만 꽤 오래감

  • 이건 에뮬레이션으로 돌아가지만, 하드웨어가 원본과 게이트 정확도를 맞추면서 현대 CMOS 공정으로 축소됐다면 전력 절감이 더 컸을지 궁금함. 한 자릿수 배율이 아니라 한 단계 규모 차이도 가능했을까 싶음
    키보드에 Windows 키가 있는 게 재미있음. 원래 어떤 노트북에서 나온 건지 아는 사람이 있는지 궁금함. 포인팅 스틱이 없으니 ThinkPad는 아니고, 초기 Dell 중 비슷하게 이상한 배열이 있었던 기억이 있음. 키가 아이솔레이션 형태가 아닌 걸 보면 확실히 오래된 물건임. Home/End 위치와 오른쪽 Shift 키를 제외하면 요즘 노트북 키보드 대부분보다 좋아 보임. Insert/Delete/Home/End가 Fn 조합이 아니고, 방향키도 풀사이즈임

    • 이걸 만든 사람임. Windows 키는 실행 중 설정 메뉴를 여는 데 씀. 여기서 플로피 디스크 이미지 마운트, 에뮬레이트된 사운드 카드(adlib, DSS, covox, midi) 켜기/끄기, 키보드 배열 변경, CPU 속도 변경, 최대 절전 같은 작업을 할 수 있음. Windows 키를 길게 누르면 픽셀을 반전함
      보통 흰 배경에 검은 글자가 반대보다 훨씬 좋아 보이지만, 어떤 프로그램은 기본값이 반대라서 빠르게 다시 뒤집을 수 있으면 좋음. 스페이스바 오른쪽의 "menu" 키는 화면 빠른 새로고침에 씀. 검은 픽셀을 다시 그려 완전히 검게 보이게 하는 기능이라, 가끔 흐려 보일 때 빠르게 해결 가능함. 길게 누르면 전체가 검게 변한 뒤 이미지를 복원하는 긴 새로고침을 수행하고 약 1초 걸림. 검정은 완전히 검게, 흰색은 완전히 희게 만듦. 둘 다 자주 쓸 필요는 없고, 두세 시간에 한 번쯤 필요할 상황이 생김
      키보드는 노트북 부품이 아니라 독립형 PS/2 키보드임. 원래 케이스에서 빼서 이 컴퓨터용 3D 프린트 케이스에 넣었음. https://item.taobao.com/item.htm?id=561534245819&skuId=52612...에서 구하고, "KJW240/10寸PS/2圆口（线长140cm" 옵션임. 원래 케이블이 너무 길어서 약 35cm로 자르고 PH2.0 플러그를 압착해 내부에서 메인보드에 꽂음. 중국 밖에서 살 수 있는지는 모르겠고 AliExpress에도 있을 수 있음
      이걸 고르기 전에 여러 키보드를 시험해봤음. 조건이 꽤 까다로웠음. Windows와 menu 키가 있어야 하고, 좌우 Shift가 모두 있어야 하며, Delete와 Backspace가 모두 필요하고, Print Screen, Scroll Lock, Num Lock, Num Lock으로 켜는 숫자 키패드, Pause/Break, Insert 키가 있어야 했음. 요즘 미니 키보드 중 이걸 모두 갖춘 건 많지 않음. 이 컴퓨터에 들어갈 만큼 작으면서도 자연스럽게 타이핑할 만큼 커야 했고, 전력 소비도 낮아야 했음. 이 키보드는 6~7mA 정도 먹음. 시험한 많은 키보드는 30~40mA를 먹었고, CPU 자체보다 더 컸음
      가장 마음에 안 드는 건 Home 키가 따옴표와 Enter 사이에 있고, 위쪽 화살표가 오른쪽 Shift 자리쯤에 있는 점임. 정말 아쉬운 설계임. 그래도 많은 키보드보다는 낫고, 며칠 타이핑하니 꽤 익숙해질 수 있었음. 나중에는 직접 키보드를 만들어 교체할 계획임. 키 입력 사이에는 프로세서가 잠들어서 평균 1mA 미만으로 먹고, 표준 키 배열을 가진 키보드로 만들고 싶음
      기기 오른쪽에 원하는 PS/2 키보드를 꽂을 수도 있어서, Windows와 menu 키가 없는 오래된 키보드를 꽂는 경우도 고려해야 했음. 그런 경우 F11이 Windows 키를 대신하고, F12가 menu 키를 대신함. 이 두 키는 많은 구형 키보드에 없었고 DOS 시대 소프트웨어에서도 쓰이지 않았기 때문임
    • Intel에는 시계 배터리로 돌아가는 486dx 비슷한 Quark가 있음. 모델이 몇 가지 있는데, 그 정도면 해당한다고 봄
    • 그건 TrackPoint라고 부름 ;-)

  • 돈 가져가도 됨. 정말로, 이건 오랫동안 원하던 바로 그런 물건이고 직접 만들 시간이나 자원이 없음

    • 영상을 봤는지 모르겠지만, 입력에서 화면 결과까지의 지연 시간이 아주, 아주 나쁨. 실제로 원하는 물건은 아닐 수 있음
      다들 저전력 레트로 컴퓨팅을 원하지만, 사용 시 합리적인 지연 시간도 기대함. 모든 방에서 Wi-Fi가 잘 되고, 별로 나쁘지 않은 전자잉크가 자동차 반값 수준이 아니며, 웹 탐색(HTTPS)도 되길 원함. 아직 거기까지는 못 왔음
      누군가 현대 생활의 이런 "요구사항"을 모두 갖춘 수준 높은 제품을 만들면 엄청나게 성공할 제품이 될 것 같음
    • 이건 기본적으로 HP 200LX의 강화판임

  • 엄밀히 말하면 XT 클론은 아님. XT는 8088 CPU, CGA/Hercules 디스플레이 어댑터, 640KB RAM, PC 스피커를 가졌음. 이건 80186과 1MB RAM에 MCGA(VGA), Adlib 에뮬레이션까지 있음. XT보다 나음

    • 1980년대에 쓰이던 의미로는 XT 클론이 맞음. 당시에는 "IBM PC 클론", "IBM XT 클론", "IBM AT 클론"이 잔뜩 있었고, 원본 IBM 브랜드 컴퓨터와 여러 면에서 달랐지만 적어도 이론적으로는 이름을 따온 기기의 모든 기능과 호환되고, 보통 추가 기능이나 성능 개선도 있었음
      V20, V30, 80186 프로세서를 쓴 XT 클론도 있었음. 그래서 이 전통적 의미에서는 이 기기도 XT에서 돌아가는 모든 소프트웨어를 실행하고 추가 기능도 많으므로 XT 클론임. 반대로 AT에서 돌아가는 모든 소프트웨어를 실행할 수는 없으니 AT 클론이라고 부를 수는 없음
    • 80186과 디스플레이를 보고 나도 같은 생각을 했음
      고등학교 때 XT가 있었고 2400보드로 BBS에 접속해서 초록색 단색 화면에 글자가 하나씩 켜지는 걸 봤음. 정말 근사했음
    • XT++ 같은 물건이지만 AT 사양보다는 아래임. 그게 실질적인 차이임
      느린 화면에 대한 기대치도 어느 정도 그렇게 맞춰줌
    • 이건 ESP32가 80186 에뮬레이터를 돌리는 구조임

  • HP Palmtop 계열의 IBM PC 호환 클론도 AA 배터리 두 개로 매우 긴 배터리 수명을 냈음:
    https://www.pcmag.com/news/the-golden-age-of-hp-palmtop-pcs

  • 태양광 전원 얘기와 살짝 빗나가지만, Intel Claremont라는 태양광 구동 CPU는 어떻게 된 건지 궁금함. 프로젝트가 어디까지 갔는지, 아니면 기술 시연으로만 끝났는지 모르겠음

  • Boox Max Lumi를 매일 보조 디스플레이로 써서 Emacs 작업을 함. 전자잉크는 텍스트와 터미널 용도로 훌륭하고, 가끔 마우스 작업이 필요할 때만 문제가 있음. 내가 말한 용도로 쓸 때는 사실상 거의 없는 일임
    진짜 원하는 건 CPU와 메모리 성능이 완전히 없는 수준은 아닌 저전력 Linux 노트북임. 간단한 프로그램을 짤 수 있으면 됨. 성능이 좀 낮아도 괜찮고, CPU를 많이 먹는 작업은 SSH로 처리하면 됨
    내 필요에 맞을 듯한 기기를 여러 개 봤지만, 오래 들여다보다가 결국 구매하지 않게 됨. 너무 폐쇄적인 생태계처럼 보이거나, 기기에서 프로그래밍은 가능해도 내 블로그 글을 Emacs로 쓰기엔 적합하지 않아 보이거나, 너무 저성능이라 이미 쓰는 도구의 99%가 안 돌아갈 것 같아서임
    이런 쪽을 직접 해킹할 전자공학 지식이나 자신감이 있었으면 좋겠음. 충분히 가능해 보임. 예를 들어 https://www.waveshare.com/product/displays/e-paper/epaper-1/... 같은 걸 보고 있었는데, 다른 선택지와 맞을지 확신이 없어도 사서 시도해볼 만큼은 저렴함
    요즘은 전력 효율을 목표로 만든 Android 기기에서 원하는 대부분을 돌릴 수 있어야 한다고 느낌. 설계상 배터리도 꽤 오래가야 함. 트랙패드, 키보드, 전자잉크 디스플레이를 붙이면 내가 원하는 완벽한 기기가 됨. 세상에서 가장 얇은 기기일 필요는 없고, 교체식 배터리나 그냥 배터리를 잔뜩 넣는 방식에 휴대용 태양광 충전기까지 있으면 놀라울 듯함

  • 꽤 멋짐. 전자잉크 쪽을 보기 전 내가 생각하던 이상적인 구성은 Linux 기반 넷북과, 무거운 계산을 강력한 서버로 넘기기 위한 가끔의 인터넷 접속이었음. 이런 구성도 비슷한 방식으로 쓸 수 있을 것 같음

    • 아직도 n270에 OpenBSD, cwm, uxterm, mupdf, 여러 CLI/TUI 도구를 올려 씀
    • Linux를 설치한 Chromebook이면 어떨까?
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