Renesas FPB-RA6E1 + CZ-ME310G1 그리고 SCI Uart

이전에 작업했던 모뎀 소스코드를 재사용해서 FPB-RA6E1 보드에 CZ-ME310G1 모뎀을

동작시켰습니다. 

 

1~2시간 정도 작업시간을 예상하고 진행했는데, 6시간 이상 걸렸습니다. 

어떻게 작업을 진행했고 왜 예상시간보다 오래 걸리게 되었는지 정리했습니다. 

 

Renesas는 Zephyr Project에 활발히 참여하고 있습니다. 그리고 무려 플래티넘 멤버입니다. (멤버등급 최상단에 있습니다.) 

https://www.zephyrproject.org/project-members/

 

연간 상당한 비용을 지불하는 플래티넘 멤버인 만큼 Zephyr 지원에도 적극적 입니다. 특별히 ARM Cortex Core를 사용하는 Renesas RA제품군은 거의 대부분은 Zephyr RTOS를 지원합니다. 

 

사용하려고 하는 Renesas FPB-RA6E1도 아래와 같이 지원페이지를 운영하고 있습니다.

https://docs.zephyrproject.org/latest/boards/renesas/fpb_ra6e1/doc/index.html

RA6E1 Fast Prototyping Board — Zephyr Project Documentation

 

Ubuntu 24.04LTS에서 개발환경이 준비되어 있는 상태에서 개발을 시작했습니다.

혹시 준비가 되어 있지 않다면 아래 게시글을 참고하시기 바랍니다. 

https://zephyr-rtos.tistory.com/4

ubuntu 24.04 LTS zephyr 개발환경 설치하기

 

여기에 펌웨어 업로드, 디버깅을 위해 JLink 소프트웨어 패키지를 설치했습니다. 

https://www.segger.com/downloads/jlink/

SEGGER - The Embedded Experts - Downloads - J-Link / J-Trace

 

우분투에 사용하기 위해 데비안 64-bit 인스톨러 버전을 다운로드했습니다.

 

다운로드한 패키지를 설치하기 위해 더블클릭하면 아래와 같이 안전하지 않을 수 있음 메시지가 나옵니다.

설치하기를 누릅니다.

참고로 패키지를 설치하면 J-Link RTT Viewer도 함께 설치됩니다. 

실행하려면 커맨드 프롬프트에서 아래와 같이 입력합니다.

\>JLinkRTTViewer 

 

실행화면이 나오면 Configuration에서 USB, R7FA6E10F로 설정 후 OK 누르면 사용하실 수 있습니다.

J-Link RTT Viewer 설정화면

 

모뎀 동작 설정파일 및 application 코드는 이전에 작업한 결과물을 그대로 사용할 계획입니다.

https://github.com/codezoo-ltd/zephyr-app

GitHub - codezoo-ltd/zephyr-app: zephyr rtos applications

 

여기에 boards/fpb_ra6e1.overlay 파일만 새로 작업해서 zephyr 펌웨어를 빌드하려고 합니다. 

다른 보드들과 마찬가지로 D0, D1, D2, D7, 5V, GND, IOREF에 모뎀을 연결하려고 합니다. fpb-ra6e1 회로도를 살펴보면,

FPB-RA6E1 schematics

D0는 P110, D1은 P109, D2는 P409, D7은 P113 ioport를 사용하는 것을 확인할 수 있습니다. 

D0는 UART-RX, D1은 UART-TX, D2는 모뎀의 PowerKey, D7은 모뎀의 LDO_EN에 연결해서 사용하도록 overlay만 잘 구성해서 빌드하면 손쉽게 작업을 마무리할 수 있습니다. 

 

RA6E1 데이터시트를 찾아보면 P109는 TXD9로 P110은 RXD9로 사용할 수 있습니다.  

 

zephyr에 올라가 있는 ra6e1 관련 dts파일들을 참고해서 작업해서 빌드하는데 DT관련 에러가 끊이지 않고 나왔습니다.

수정하고 빌드하는 작업을 수회 반복해서 아래와 같이 동작되는 최종 overlay 파일이 만들어졌습니다.

https://github.com/codezoo-ltd/zephyr-app/blob/main/cellular_test/boards/fpb_ra6e1.overlay

/ {
    aliases {
        modem-uart = &dut;
        modem = &modem;
        ldoen = &mdm_ldo;
};

chosen {
        zephyr,ppp-uart = &dut;
};

mdm_ldo: mdm_ldo {
        compatible = "gpio-leds";
        label = "Modem LDO Enable";
        led_0: led_0 {
            gpios = <&ioport1 13 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
        };
    };
};

&pinctrl {
    sci9_default: sci9_default {
        group1 {
            /* tx rx */
            psels = <RA_PSEL(RA_PSEL_SCI_9, 1, 9)>,
                <RA_PSEL(RA_PSEL_SCI_9, 1, 10)>;
        };
    };
};

&sci9 {
    pinctrl-0 = <&sci9_default>;
    pinctrl-names = "default";
    status = "okay";
    dut: uart {
               current-speed = <115200>;
               status = "okay";

               modem: modem {
                      status = "okay";
                      compatible = "telit,me310g1";
                      mdm-power-gpios = <&ioport4 9 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
               };
     };
};

&ioport1 {
    status = "okay";
};

&ioport4 {
    status = "okay";
};

 

다른 MCU들과 달리 SCI채널을 정의하고 내부에 UART를 지정한 후 여기에 동작속도를 정의하고, 모뎀도 등록해야 정상 동작을 할 수 있습니다. 이것을 알아내는데 한참의 시간이 걸렸습니다. 고생한 김에 SCI인터페이스와 SCI UART를 정리했습니다.

 

먼저 Renesas RA-MCU의 SCI 인터페이스에 대해서 알아보겠습니다. 

 

Renesas RA6E1 마이크로컨트롤러(MCU)에 내장된 SCI (Serial Communications Interface)는 다양한 직렬 통신 방식을 지원하는 똑똑하고 유연한 통신 채널입니다. 그중에서도 UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)는 가장 기본적이고 널리 사용되는 통신 방식으로, SCI의 핵심 기능 중 하나입니다.

쉽게 말해, SCI는 여러 통신 방법(UART, I2C, SPI 등)을 수행할 수 있는 만능 통신 포트이며, UART는 그중 비동기식 직렬 통신을 담당하는 '모드'라고 생각하면 이해가 빠릅니다.

 

Renesas RA6E1 SCI 인터페이스의 주요 특징

Renesas RA6E1의 SCI는 단순한 통신 기능을 넘어, 개발자가 더 쉽고 안정적으로 통신 시스템을 구축할 수 있도록 다양한 하드웨어 기능을 지원합니다.

• 다양한 통신 모드 지원: 하나의 SCI 모듈로 여러 통신 프로토콜을 설정하여 사용할 수 있습니다.
  • UART (비동기식 직렬 통신): 가장 대표적인 기능으로, TxD(송신)와 RxD(수신) 두 개의 신호선만으로 통신합니다.
  • Simple SPI (동기식 직렬 통신): 클럭(Clock) 신호를 사용하여 데이터를 동기화하는 방식으로 통신합니다.
  • Simple I2C (동기식 직렬 통신): 두 개의 선(SDA, SCL)으로 여러 장치와 통신하는 방식입니다.
  • Smart Card Interface (ISO/IEC 7816-3): 스마트카드와 통신하기 위한 표준 인터페이스를 지원합니다.
• 유연한 클럭 소스: 통신 속도(Baud Rate)를 결정하는 클럭 소스를 MCU의 다양한 내부 클럭 중에서 선택할 수 있어, 시스템 설계에 유연성을 더합니다.
• FIFO 버퍼 내장: 송신(Transmit)과 수신(Receive)을 위한 별도의 FIFO (First-In, First-Out) 버퍼를 내장하고 있습니다. 이는 CPU의 개입 없이도 여러 개의 데이터를 연속적으로 주고받을 수 있게 하여, CPU의 부담을 크게 줄여주고 데이터 손실 위험을 방지합니다. 마치 데이터를 잠시 담아두는 작은 창고와 같습니다.
• 다양한 오류 검출 기능: 통신 과정에서 발생할 수 있는 오류를 하드웨어적으로 감지하여 데이터의 신뢰성을 높여줍니다.
  • 패리티(Parity) 오류: 데이터 비트의 '1'의 개수가 짝수인지 홀수인지 미리 약속하고, 이를 검사하여 오류를 찾아냅니다.
  • 프레이밍(Framing) 오류: 데이터의 끝을 알리는 정지 비트(Stop Bit)가 제자리에 없을 때 발생하는 오류입니다.
  • 오버런(Overrun) 오류: 수신 버퍼가 가득 차서 비워지기 전에 새로운 데이터가 들어와 기존 데이터를 덮어쓸 때 발생합니다.
• DMA 연동 기능: DMA (Direct Memory Access) 컨트롤러와 연동하여 CPU를 거치지 않고 메모리와 SCI 주변장치 간에 대량의 데이터를 직접 전송할 수 있습니다. 이는 시스템의 전반적인 성능을 크게 향상합니다.

SCI UART: 가장 쉽고 보편적인 통신 방식

SCI의 여러 기능 중 UART 모드는 '비동기식' 통신이라는 점이 가장 큰 특징입니다.

'비동기식'이란, 통신하는 두 장치가 별도의 클럭 신호를 공유하지 않고, 미리 정해진 속도(Baud Rate)와 데이터 형식(패킷)에 대한 약속만으로 통신하는 것을 의미합니다. 전화 통화보다는 정해진 시간에 맞춰 보내는 문자 메시지와 비슷하다고 할 수 있습니다.

UART 통신 과정 (A가 B에게 데이터 'H'를 보낼 때)

1. 시작 신호 (Start Bit): 통신이 시작됨을 알리는 신호입니다. 평소 'High' 상태를 유지하던 신호선이 'Low' 상태로 떨어지며 데이터 전송의 시작을 알립니다.
2. 데이터 비트 (Data Bits): 실제 전송하려는 데이터입니다. 아스키코드 'H'는 2진수로 '01001000'이며, 이 비트들이 순서대로 전송됩니다.
3. 패리티 비트 (Parity Bit, 선택 사항): 데이터 오류 검출을 위해 추가되는 비트입니다.
4. 정지 신호 (Stop Bit): 데이터 전송이 끝났음을 알리는 신호입니다. 신호선이 다시 'High' 상태로 돌아가 한 패킷의 전송이 완료되었음을 알립니다.

이러한 정해진 '규칙(프로토콜)' 덕분에 TxD(송신)와 RxD(수신) 단 두 개의 선만으로 간편하게 통신할 수 있어 PC의 시리얼 포트, GPS 수신기, 블루투스 모듈 등 수많은 장치에서 널리 사용됩니다.

결론적으로 Renesas RA6E1의 SCI는 UART 통신을 비롯한 다양한 직렬 통신 방식을 효율적으로 처리할 수 있도록 FIFO 버퍼, 오류 검출, DMA 연동 등 강력한 하드웨어 기능을 갖춘 다재다능한 통신 인터페이스입니다. 이를 통해 개발자는 CPU의 부담을 줄이면서도 안정적이고 빠른 데이터 통신 시스템을 손쉽게 구현할 수 있습니다.

 

Zephyr RTOS를 사용하더라도 사용하시는 MCU 벤더의 데이터시트와 유저매뉴얼 및 관련자료를 잘 정리해 두셔야 원하시는 성능을 충분히 뽑아낼 수 있습니다. 필요한 정보들을 미리미리 정리해 두시면 이후 큰 지식자산이 되실 거라 생각합니다.

 

Renesas에서는 Zephyr RTOS 개발자 페이지를 따로 운영하고 있습니다. 

https://www.renesas.com/en/products/microcontrollers-microprocessors/ra-cortex-m-mcus/ra-partners/zephyr-rtos?srsltid=AfmBOopsQAL4TLUwXFwhXqLnTAo2QmO6uqX7Cf-6FhZyG5n4eZr-ZIBV#documents

Zephyr RTOS

 

Zephyr 개발을 위한 위키페이지, RA, RZ, RX 제품군에 대한 개발가이드도 제공하고 있으니 Renesas 제품군으로 Zephyr RTOS 개발을 계획하고 계시면 꼭 참고하시기 바랍니다. 

 

관련해서 이번 개발에서 좋은 정보도 얻었는데, FPB-RA6E1 보드의 경우 J-Link 인터페이스 UART가 연결되어 있지 않아 USB연결로 Serial Debug 메시지를 확인할 수 없습니다. 하지만 이와 관련해서 아래와 같은 팁을 제공하고 있습니다.

 

https://github.com/renesas/zephyr/wiki/FPB%E2%80%90RA6E1-Sample-and-Demo-Hardware-configuration

FPB‐RA6E1 Sample and Demo Hardware configuration

Renesas에서 P101, P100을 SCI0채널의 UART로 연결해서 Debug포트로 지정해 둬서 USB-TTL을 연결하면 디버그 메시지를 확인할 수 있게 zephyr에 구현해 두었습니다. P101, P100은 PMOD로 연결할 수도 있지만, 아두이노 D11, D12로 연결할 수 있어서 따로 숄더링 하지 않고 USB-TTL을 핀헤더로 연결해서 사용했습니다. 

 

이제 모든 준비가 완료되어 빌드 후 동작테스트를 진행했습니다. 

 

1. Cellular UDP Socket Test : Echo Server에 UDP 패킷 송신 후 동일한 패킷 수신 ( Hello CodeZoo!!! )

 

 

2. Cellular MQTT Test : Hivemq Open Broker에 MQTT 접속해서 채널 구독 후 메시지 발행 ( Message X from Zephyr )

 

 

 

LTE-CATM1 내장형 모뎀 대량 구매 상담, 외주 개발, 협업 문의, vodafone IoT유심 문의
(주)코드주
장병남 대표 010-8965-1323 rooney.jang@codezoo.co.kr

iot유심 : codezoo

 

FPB-RA6E1 board 구매링크 : www.mouser.kr ( https://www.mouser.kr/ProductDetail/Renesas-Electronics/RTK7FPA6E1S00001BE?qs=aP1CjGhiNiF36XjMZrTGrg%3D%3D )