라즈베리파이 피코 이더넷 쉴드 - W5500

라즈베리파이 피코

라즈베리파이는 오픈소스 하드웨어의 대표주자로 많은 개발자들과 메이커들이 사용하는 개발 플랫폼이다. 그동안은 리눅스 OS 기반으로 개발이 가능한 제품들만 출시를 했었다. 일종의 미니 PC의 느낌이 강했고 키보드, 마우스, 모니터만 연결하면 PC처럼 사용이 가능하다. 그만큼 고성능 디바이스라고 볼 수 있다. 그렇기 때문에 라즈베리파이로는 수많은 프로젝트들이 이루어질 수 있었고 다양한 작품들을 만들어졌다. 하지만 간단하게 센서 값만 읽는다거나 모터를 구동하는 프로젝트들에 적용하기에는 오버스펙의 느낌이 컸다. F1 머신을 타고 시속 30km 제한인 어린이 보호구역을 지나가는 느낌이라고 보면 된다.

그래서 라즈베리파이 재단에서는 라즈베리파이 피코라는 보드를 출시했다. RP2040이라는 MCU를 출시하면서 RP2040이 탑재된 라즈베리파이 피코를 출시한 것이다. 라즈베리파이 피코는 기존의 라즈베리파이들과는 다르게 GPIO 제어에 특화된 보드라고 생각하면 된다. 기존의 라즈베리파이들은 사실 무언가를 GPIO로 제어하는 데에 입출력 지연 시간이 발생해 빠른 속도로 제어하는데 적합하지 않았다. 이것을 위한 것이 라즈베리파이 피코이다. 그리고 가격이 단 $4밖에 하지 않는다.

라즈베리파이 피코의 간단한 스펙을 설명하면 아래와 같다

133 MHz로 동작하는 듀얼 코어 ARM(ARM Cortex-M0), 264KB의 메모리(RAM), DMA 컨트롤러, 전용 QSPI 버스를 통해 최대 16MB까지 지원하는 오프 칩 플래시 메모리 등을 내장하고 있다.
다용도 입출력(GPIO;General-Purpose Input/Output)이 가능한 GPIO 핀은 30개, 그중에서 4개는 아날로그 입력을 지원한다. 아울러 범용 비동기화 송수신(UART: Universal Asynchronous Receiver/Transmitter), 직렬 주변기기 인터페이스(SPI;Serial Peripheral Interface Bus) 컨트롤러, I2C(Inter-Integrated Circuit) 컨트롤러를 탑재했다. USB 1.1 컨트롤러를 내장하고, UF2를 지원하는 USB 대용량 저장 장치 부팅 모드를 제공한다.
개발언어는 C와 마이크로 파이썬(MicroPython)을 지원해, 고급 개발자와 초보 학습자 모두 활용할 수 있도록 했다. 고급 사용자를 위해 C SDK(Software Development Kit), GCC 기반 툴 체인(GCC-based toolchain), 비주얼 스튜디오 코드 통합(Visual Studio Code integration)을 제공한다.

외관

라즈베리파이 피코의 외관은 위와 같고 21mm x 51mm의 사이즈를 가지고 있다. 보드 외각에는 2.54mm 핀헤더를 장착할 수 있도록 되어 있고 이쪽으로 GPIO들이 연결되어 있다.

핀맵

라즈베리파이 피코용 이더넷 쉴드

위즈네트에서는 라즈베리파이 피코의 출시에 맞춰 이더넷 쉴드 개발을 진행했다. 이 이더넷 쉴드는 W5500이 내장되었고 SPI 인터페이스를 통해 라즈베리파이 피코와 연결이 된다.

W5500

W5500은 위즈네트의 iEthernet 칩으로 TCP/IP 스택을 하드웨어 칩으로 구현한 칩이다. 이더넷 인터페이스가 없어 이더넷을 사용하지 못하는 디바이스나 MCU가 이더넷을 사용할 수 있도록 하는 칩이고 SPI로 연결이 가능하다. 2013년에 출시되어 전 세계적으로 상당히 많은 사람들이 사용하는 것을 알고 있다. 자세한 스펙은 아래 링크에서 확인해볼 수 있다.

products:w5500:start [Document Wiki]

외관

이더넷 쉴드도 라즈베리파이 피코와 비슷하게 상당히 작은 사이즈이지만 이더넷 랜 케이블을 꽂아야 하는 RJ45로 인해 약간 더 길쭉한 모양을 하고 있다. 보드 외 각의 핀헤더 부분은 핀헤더 male과 female이 함께 있는 핀헤더를 사용한 것이 특징이다. 이 핀헤더를 사용했기 때문에 다른 보드들은 위에서도 꽂을 수 있고 아래에서도 꽂을 수 있다는 장정이 있다. 단, 추후 양산할 때 이 핀헤더가 적용될지는 미지수이다.

위 사진은 이더넷 쉴드에 라즈베리파이 피코를 장착한 모습이다. 주의할 점은 방향을 잘 보고 꽂아야 한다. 이더넷 쉴드를 보면 USB 모양을 표시가 있는데 이 방향과 라즈베리파이 피코의 USB 방향이 같아야 한다. 그리고 보드에 핀번호가 적혀 있기 때문에 이것을 확인하고 맞는 방향으로 꽂아야 한다.

구성

구성은 단순하다. 가운데에 W5500이 있고 그 주위에 W5500의 동작을 위한 크리스털과 RLC가 있고 왼쪽에 RJ45와 이더넷 주변회로가 위치하고 있다. RJ45는 위에 보드를 꽂아도 간섭을 최소화할 수 있는 낮은 타입이 사용되었다. RJ45의 폭이 넓어 라즈베리파이 피코보다 보드 사이즈가 큰 것이 좀 아쉽다.

핀맵

핀 맵은 위와 같다. 라즈베리파이 피코의 SPI0와 W5500의 SPI가 연결되도록 설계되었다.

회로도

회로도는 위와 같다.

라즈베리파이 피코 + 이더넷 쉴드

이더넷 쉴드에 라즈베리파이 피코를 꽂고 USB를 연결하고 이더넷 케이블을 연결해 봤다. RJ45의 초록색(Link) LED가 켜지고 주황색(Act) LED가 점등하는 것을 확인했다. 이더넷 쉴드의 이더넷 부분이 정상적으로 동작하는 것이다. 이제 라즈베리파이 피코에 펌웨어를 넣고 이더넷 쉴드를 동작시키면 된다. 

이것은 다음 글에 진행하도록 하겠다.