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아두이노에서 ESP8266 사용하기

아두이노에서 ESP8266 사용하기

  • 아두이노 IDE는 1.6.4 이상의 버전을 설치
  • 아두이노의 환경설정에서 추가적인 보드매니저 URLs에 다음과 같이 입력

http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

  • 툴 > 보드매니저에서 ESP8266을 검색후 ESP8266 보드를 설치한다.

arduino_board_maneger

  • 설치후 툴 > 보드 메뉴에서 가지고 있는 ESP8266보드를 선택한다.

핀레이아웃

간단한 Blink Test


아두이노의 숨겨진 히스토리

이제껏 몰랐던 아두이노의 숨겨진 이야기 http://arduinohistory.github.io/

이 글의 저자는 Hernando Barragán로 아두이노가 차용한 Wiring을 개발한 사람이다. 이 이야기의 핵심은 자신이 학생으로 있을 때 개발한 wiring을 당시 교수로 있었던 Massimo Banzi가 fork해서 아두이노를 만들었다는 것. 잘못된 정보는 무책임한 미디어에 의해 더 확산이 되고… 암튼 당사자가 주장하는 얘기의 핵심은

It is unethical and a bad example for academics to do something like this with the work of a student. Educators, more than anybody else, should avoid taking advantage of their student’s work.


Make파일을 사용해서 아두이노 스케치 다운로드

아두이노 IDE를 사용하여 스케치를 다운로드를 하면 매번 컴파일을 해서 시간이 걸린다. 따라서  Make파일을 써서 스케치를 다운로드하고 있었는데, UART to USB칩이 Atmega16U2, FTDI에서는 이상이 없었는데, Silab CP2102를 사용하면 다운로드가 안된다. 원인을 찾아보니 Make파일에서 다음과 같이 AVRDUDE_PROGRAMMER를 stk500대신 wiring으로 하니 다운로드가 잘된다.

#AVRDUDE_PROGRAMMER ?= stk500
AVRDUDE_PROGRAMMER ?= wiring

CP2102 드라이버CP2102데이터시트


Teensy 사용하기

Teensy는 아두이노 호환 보드로 Cortex M0, M4기반의 보드가 있어서 보다 높은 프로세싱이 필요한 응용에 적합하다. 이 보드를 사용하기 위해서는 Teensyduino라는 프로그램을 설치해야 하는데, 이것은 기존 아두이노 IDE에 추가적으로 설치되는 코드들과 다운로드를 위한 프로그램이 포함되어 있다.

Teensy_USB_Development_Board_1

Teensy_USB_Development_Board

먼저 아두이노를 설치하고 https://www.pjrc.com/teensy/td_download.html 이 사이트에서 파일을 다운로드해서 설치하는데 문제는 아두이노 1.0과 아두이노 1.6.x 이 동시에 설치가 되어 있으면 아두이노 1.0쪽에만 설치가 된다.(아두이노 1.6.x쪽을 지정이 안됨) 따라서 일단 아두이노 1.0을 언인스톨하고 1.6.x에 설치를 한 후 다시 아두이노 1.0을 설치를 해야 한다. Teensy 3.2의 경우 Cortex M4이기 때문에 SPI를 사용하는 응용은 Teensy 라이브러리에서 SPI 드라이버(faster SPI library for Teensy 3.0)도 같이 설치를 해야한다. 그리고 나머지 필요한 라이브러리는 아두이노 1.6.x의 라이브러리 매니저에서 추가한다.

*코드중에 호환이 안되는 것중 하나 – isDigit ==> isdigit 으로 바뀌어야 함.


아두이노 스케치를 네트워크로 업로드하기 – Arduino update remotely

아두이노 보드의 펌웨어는 USB 케이블을 PC와 연결후 PC상에서 잡히는 것은 COM 포트를 통해 아두이노 IDE를 통해 업데이트가 된다. 좀 더 구체적으로는 avrdude라는 프로그램을 써서 stk500프로토콜을 사용해서 프로그램이 된다.

아두이노 스케치를 네트워크로 업로드하기

필요한 것들

  • Wiznet의 WIZ550S2E –  1개
  • Arduino pro mini – 테스트에 사용한 아두이노 보드
  • 와이어링 케이블 – WIZ550S2E와 Arduino pro mini를 연결
  • TFTP server program – Windows의 경우 tftpd, 맥의 경우 Tftp Server
  • 아두이노 IDE 프로그램

케이블 연결 및 설정

WIZ550S2E는 Serial to Ethernet 게이트웨이 모듈로 시리얼로 들어온 데이터는 네트워크로 보내고, 네트워크에서 들어온 데이터는 시리얼로 보낸다. WIZ550S2E의 회로도를 보면 J1에 있는 입력핀들은 풀업이 되어 있어서, 아두이노와 연결에 필요한 핀은  3V3D, GND, TXD, RXD, STATUS2 핀이다.

wiz550s2e_pin

TXD, RXD는 아두이노의 RXD, TXD에 연결을 하고 STATUS2를 아두이노의 DTR에 연결을 한다. 이 DTR 신호는 아두이노 보드의 리셋에 연결이 되어 있다.  따라서 아두이노 IDE에서 스케치 업로드를 하면 연결된 보드의 DTR을 트리거링해서 아두이노 보드를 리셋시키고, 아두이노는 bootloader로 진입한다. 그리고 이 bootloader에서는 일정 시간안에 stk500 프로토콜에 해당되는 메시지가 들어오면 펌웨어를 업데이트하고, 그렇지 않으면 0번지에 위치한 프로그램으로 jump한다. 이 DTR을 트리거링 하는 것은 WIZ550S2E 펌웨어를 수정해서 적용을 할 것이다.

모듈의 설정

모듈의 설정은 Configtool을 사용해서 설정을 하며, 아래 그림을 참고한다. 특별한 것은 없고 IP, Port, Working mode 정도만 설정하면 되고, 주의 할 것은 baud rate인데 Arduino pro mini의 경우는 57600이다. 각 보드를 프로그래밍하는 baudrate는 맥의 경우 Arduino.app/Contents/Java/hardware/arduino/avr/boards.txt파일에 정의가 되어 있다.

configtool

WIZ550S2E 펌웨어 수정하기

WIZ550S2E 모듈의 하드웨어 자료와 펌웨어 소스, Configtool의 코드까지 모든 소스는 위키에 있다. Configtool은 모듈설정에 필요하니 다운로드를 해서 설치를 하고, 수정할 펌웨어는 github에서 다운로드를 한다. 그리고 소스를 컴파일할 컴파일러는 NXP의 LPCXPresso는 회원가입 후 다운로드해서 설치를 한다. 참고로 위키에는 LPCXpresso v7.5.0_254에 최적화되어 있다고 하는데 최근 버전인 8.0도 전혀 문제가 없다. github에서 다운로드한 zip파일을 LPCXpresso에서 import해서 WIZ550S2E_APP의 S2E.c를 수정하는데, 수정한 코드는 단 한줄로 TCP 연결이 이루어졌을때 LED를 켜는 부분을 켰다가 끄는 형태로 수정을 한다. 그럼 STATUS2의 핀이 Low에서 High로 되어 DTR를 토글시켜 아두이노가 리셋이 된다.

lpcecpress

수정된 펌웨어 업로드하기

펌웨어 업데이트는 TFTP를 사용하므로 설치한 TFTP 서버에서 bin파일을 모듈이 수신 할 수 있도록 설정을 한다. Confitool로 search를 해서 업에디트 할 모듈을 찾은 후 F/W Uploading 버튼을 누르고, 서버 IP를 PC의 IP주소, Port를 69, File Name을 WIZ550S2E_App.bin로 하고 OK 버튼을 누르면 모듈은 재부팅 후 TFTP로 펌웨어를 업데이트 한다. 참고로 펌웨어를 수정하면서 기존 펌웨어와 구별을 하기 위해 common.h에서 모듈의 펌웨어를 9.0.0으로 바꾸었다.  한줄 수정된 펌웨어의 코드는 github에서… 바이너리는 dropbox에서 다운로드.

Avrdude 설정 변경
스케치를 업로드 할때는 연결된 시리얼로 데이터는 전송하는데, avrdude의 설정을 강제로 변경을 해서 아두이노 IDE가 서버의 IP:Port로 접속을 하게한다.

맥의 경우 아두이노가 설치된 폴더/Contents/Java/hardware/arduino/avr/platform.txt에 있는 내용중

tools.avrdude.upload.pattern=”{cmd.path}” “-C{config.path}” {upload.verbose} -p{build.mcu} -c{upload.protocol} -P{serial.port} -b{upload.speed} -D “-Uflash:w:{build.path}/{build.project_name}.hex:i”

-P{serial.port}를 -P net:host:port로 변경한다. 즉 host:port를 모듈의 IP와 port로 수정한다.

동작테스트

아래그림과 같이 연결을 하고 전원을 연결한다. 그리고 아두이노 IDE에서 스케치를 업로드를 하면 컴파일이 되고 avrdude는 모듈의 IP로 접속을 해서 아두이노를 프로그래밍한다. 간단하게 blink예제를 타이밍을 바꿔서 테스트를 해봤는데 잘된다. 나중에 시간이 되면 Avrdude 설정을 바꾸지 않고, Arduino IDE에서 IP:Port를 입력할 수 있게 코드를 수정해서 빌드하면 좋을 듯~~

wiz550s2e_arduino

 

업데이트 – Mac에서 작업을 해서 Windows에서도 될 줄 알았는데, avrdude 코드를 보니 다음과 같이 win32에서는 network을 지원을 하지 않는다. 즉 net:<host>:<port> 형태는 바로 “ser_open(): network connects are currently not implemented for Win32 environments” 라는 메시지를 뿌리고 리턴한다.

/*
* If the port is of the form “net:<host>:<port>”, then
* handle it as a TCP connection to a terminal server.
*
* This is curently not implemented for Win32.
*/
if (strncmp(port, “net:”, strlen(“net:”)) == 0) {
fprintf(stderr,
“%s: ser_open(): network connects are currently not”
“implemented for Win32 environments\n”,
progname);
return -1;
}


아두이노는 hex파일을 어디에 저장하는가?

아두이노는 스케치를 avr-gcc 또는 arm-gcc를 사용해서 컴파일을 한다. 이 컴파일러의 위치는 맥의 경우 Arduino.app/Contents/Java/hardware/arduino/avr/platform.txt에 정의가 되어 있다. 즉 /Arduino.app/Contents/Java/hardware/tools/ 아래에 avr, arm 컴파일러가 컴파일을 한다.

그럼 아두이노는 hex 파일을 어디에 저장을 하는가?

Arduino_Prefernece

이것을 알아보기위해서는 Arduino > Preference의 설정에서 “다음 동작중 자세한 출력보기”의 컴파일 부분을 체크하면 hex파일이 생성되는 위치를 알 수 있다.  그런데 저장되는 폴더의 위치가…

“/var/folders/4v/frv3pzr55x77gnv6_342m3wm0000gn/T/buildd18630de25a90c7712fff203789659dd.tmp/WebServer.ino.hex”

이 폴더의 위치를 바꾸기 위해서는 아두이노를 종료하고 Preference.txt 파일에 다음과 같이 “build.path=” 항목을 추가하고 폴더의 위치를 기입후 다시 아두이노를 실행한다.

build.path=/Users/AteamRnd/Work/Arduino_Compile

아래 그림과 같이 eep, elf, hex파일이 생성된 것을 확인할 수 있다.

sketch

 


Yaler.net relay service

네트워크 기능이 내장된 임베디드 디바이스의 경우 내부 네트워크에서 외부로 접속은 쉽지만, 반대로 외부에서 이 디바이스로의 접근은 방화벽등이 있으면 쉽지않고, 공유기에서 NAT, 포트포워딩 등의 기능을 사용해야 해서 일반사용자들은 이용이 어렵다.

Yaler.net relay service
Yaler.net은 이런 문제점을 해결해 줄 수 있는 서비스인데 아래 그림을 보면 동작이 쉽게 이해가 되며, 튜토리얼 문서를 보면 Arduino, Beaglebone, Raspberry Pi… 등의 유명한 보드들의 셋업가이드도 자세하게 나와있다.

Yaler_net_-_access_devices_from_the_Web

비용
비용은 회원가입을 하면 30일 무료이고, 최저 10CHF (스위스 프랑)이니 약 10불정도이니 비싸지 않다.

테스트
회원가입을 하면 자신의 계정에 다음과 같이 Relay Host, Relay Domain, Secret Key가 생성이 된다.

Yaler_net_-_Account

동작이 되는지 확인을 위해 curl을 이용해 테스트를 하면…

$ curl -vX POST gsiot-sqqm-gym8.try.yaler.net/

다음과 같이 HTTP/1.1 504가 뜨는데 이것은 보드가 온라인이 아니거나 또는 설정이 제대로 되어 있지 않아서 이렇게 응답을 하는 것이고, 만약 제대로 되면 HTTP/1.1 200 OK로 응답을 한다.

yaler_cmdline

응용
Instructables에  Arduino와 Yaler, IFTTT를 사용한 IoT Gauge with Arduino, Yaler & IFTTT 프로젝트가 있는데, 여기서는 IFTTT의 Maker 채널 을 사용하고 “Make a web request”에  Yaler 서비스 정보를 기입해서 폰의 위치정보에따라서 디바이스(Arduino Uno, Arduino Yun) 가 반응하는 꽤 흥미로운 프로젝트를 만들었으니 참고해 보면 Yaler, IFTTT, Maker Channel을 이해하는데 도움이 된다.

IoT Gauge with Arduino, Yaler & IFTTT

괜찮은 서비스
Pushover: 안드로이드, 아이폰에 알림을 띄워주는 서비스이며 IFTTT에도 채널로 등록이 되어 있다.


아두이노 Serial to USB 사용하기

원본소스는 Mac에서 \Resource\Java\hardware\arduino\firmware\atmegaxxu2 아래에 있다. arduino-usbdfu 또는 arduino-usbserial 를 사용한다. 이 소스에는 USB 프레임워크인 LUFA(Lightweight USB Framework for AVRs)가 빠져있으므로 http://www.fourwalledcubicle.com/LUFA.php 에서 다운로드한다. 다운로드한 LUFA 폴더를 arduino-usbserial 폴더와 같은 위치에 복사한다.

make 파일에서 다음과 같은 내용을 수정한다.

LUFA_PATH

# Path to the LUFA library

LUFA_PATH = ../

MCU

MCU = at90usb162  #atmega16u2와 pin to pin 호환임

컴파일된 hex파일은 avr isp등으로 write하면 된다.

이렇게 작업한 내용은 https://github.com/jbkim/usbserial


Arduino Scuola와 3D 프린팅

최근에 발견한 Arduino Scuola 사이트: http://scuola.arduino.cc/

Arduino Scuola

이 사이트는 AdafruitSparkfun의 learn사이트와 같은 컨셉의 사이트인데, 아직 자료가 많지 않아서 인지 메인 사이트에서 링크도 없다. 하지만 아두이노의 블로그의 글에서 언급한 내용에 이 사이트의 내용이 링크로 연결되는 것으로 보아 곧 활성화가 될 것같다. 오픈소스 하드웨어 비즈니스에서 이러한 접근은 몇 년 전부터 내가 예측하고 있던 방향이다. 즉 초보자 들이 쉽게 따라할 수 있는 컨텐츠를 제공하고, 관련된 부품이나 키트를 온라인 샵에서 같이 판매를 하는 것이다.

또 한가지 추세는 3D프린팅과 디지털기기의 결합이다. 아주 간단한 예가 소개가 되고 있는데, 이런 추세는 더 활발해 질 것 같다. 즉 디지털 기기에 3D 프린터를 사용하여 개인화된 내용이 부가되는 형태이다. 이런 식의 접근을 하고 있는 업체중 하나는 3D Racers인데 온라인에서 장난감 자동차의 외관을 사용자가 디자인 할 수 있다.

3DRacers


아두이노에서 정의되지 않은 핀 사용하기

아두이노 보드는 각종 라이브러리들을 잘 만들어 놓아 쉽게 프로그래밍이 가능하다. 일례로 가장 간단한 예제인 blink 예제를 보면 pinMode() 함수를 사용해서 온오프할 핀을 출력으로 정하고 digitalWrite()함수를 사용해서 LED를 온오프한다.

 * 참고로 pinMode() 함수를 사용할때 주의할 점은 인자로 받아들이는 pin의 숫자가 아두이노 보드에 명기된 숫자이지 AVR칩의 pin number가 아니라는 점이다.

Arduino Uno보드의 경우는 Atmega328칩의 모든  핀들이 보드에 나와있어서 문제가 없으나 위 그림과 같이 Arduino Mega보드의 경우 일부 핀들이 보드에 나와있지 않다. 보드에 핀이 나와있지 않으니 라이브러리에도 핀들이 정의되어 있지 않다. 따라서 만약에 이 핀들을 사용을 하려려면 라이브러리를 수정을 해야 하며, pinMode() 라는 함수가 어떻게 동작하는 지 알아야 한다.

위 코드에서 보듯이 digitalPinToBitMask() 함수와 digitalPinToPort() 함수를 어떤 포트의 어떤 핀을 설정할 것인지를 알아낸다. 이 함수들을 따라가다 보면 pins_arduino.c pins_arduino.h에 각 핀들이 어떤 포트에 있는지 정해져 있는데, 이곳에서 추가를 해야 한다. ATmega 2560이 아두이노에서는 디지털 핀의 경우 53번까지 정의가 되어 있으므로(ATmega2560-Arduino Pin Mapping 참고) 정의 되어 있지 않은 핀은 이 번호뒤에 정의해서 사용하면 된다.

pins_arduino.h 파일은 아두이노 1.0.6의 경우 아래 경로에 있다. Arduino.app/Contents/Resources/Java/hardware/arduino/variants/mega/pins_arduino.h


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