IoT를 위한 아두이노의 해법

  • 2016년 10월호
  • 김영학 기자, yhk@elec4.co.kr
  • 자료제공|노르딕 세미컨덕터(www.nordicsemi.com)


세계에서 가장 성공적인 오픈-소스 에코시스템인 아두이노가 블루투스 저에너지 무선 접속 기술을 기본 기능으로 지원하게 됐다.


▲ IoT 분야에 진출한 아두이노 유한회사의 페데리코 무스토(Federico Musto) CEO

 

활발한 활동을 보이고있는 다양한 제작 커뮤니티들은 대부분 에르난도 바라간(Hernando Barragan)에게 상당한 빚을 지고 있다고 해도 과언이 아닐 것이다.

지난 2004년, 당시 IDII(Interaction Design Institute Ivrea)의 재학생이었던 에르난도 바라간은 석사논문을 위해 ‘와이어링(Wiring)’이라고 불리는 전자 개발 플랫폼을 만들었다. 그의 목표는 디지털 프로젝트를 개발하는 비-엔지니어들을 위한 저비용의 간단한 툴을 만드는 것이었다. 와이어링 플랫폼은 아트멜(Atmel)의 Atmega128 마이크로컨트롤러 기반의 PCB와 손쉽게 프로그램이 가능한 IDE(Integrated Development Environment)로 구성된다.

플랫폼 비용을 줄이기 위해 잔루카 마르티노(Gianluca Martino)는 저가의 아트멜 마이크로컨트롤러인 Atmega8을 기반으로 새로운 플랫폼 디자인을 주도했다. 또한 IDII의 마시모 밴지(Massimo Banzi) 교수는 재학생이었던 데이비드 멜리스(David Mellis)와 데이비드 쿠알티엘리스(David Cuartielles)와 함께 새로운 보드를 위한 와이어링 프로젝트 소프트웨어를 분리(Forked)하고 지원내용을 추가했다. 마시모 밴지 팀은 이 보드와 분리된 소프트웨어를 ‘아두이노(Arduino)’라고 명명했다(1002 ~ 1014년까지 이탈리아의 왕이었던 이브레아 아르뒤노(Arduino d’Ivrea)의 이름에서 유래한 ‘아두인 왕의 술집(Bar di Re Arduino)’의 이름을 따옴).

 

아두이노 하드웨어 및 소프트웨어는 공개 라이선스를 통해 오픈소스(Open-Source)로 이용이 가능하다. 참고로 OSHWA(Open Source Hardware Association)가 정의한 오픈 소스는 디자인 또는 해당 디자인 기반의 하드웨어를 누구나 개발, 수정, 유통, 제작, 판매가 가능하도록 공개적으로 이용할 수 있도록 설계된 하드웨어를 말한다.

지난 10년에 걸쳐 아두이노는 제조업체 및 개발자 커뮤니티로부터 엄청난 지지를 받으며, 지속 가능한 에코시스템으로 자리 잡았다. 이 에코시스템은 SBC(Single Board Computer; 현재는 아트멜 이외의 여러 주요 벤더들의 프로세서를 기반으로 하고 있음)와 확장 보드, 소프트웨어 라이브러리, 사용하기 쉬운 IDE(라이선스가 필요 없는 무료 디자인 툴 사용 지원)로 구성되어 있으며, 전 세계의 개발 커뮤니티들이 정보, 소프트웨어, 기술 솔루션을 공유하고 있다.

 

여가 시간을 즐기기 위해 전자, 기계부품, 플라스틱 패키징 기반의 디바이스를 만드는 디자이너와 취미 개발자, 아마추어 엔지니어 그룹은 전 세계적으로 증가하고 있으며, 종종 유용하거나 또는 상업적으로 이용 가능한 제품을 만들어내고 있다.

미국의 한 제조업체 협회의 추정에 따르면, 협회 멤버들의 약 75%가 자신들의 프로젝트를 위한 전자시스템의 기반으로 아두이노와 다른 오픈소스 플랫폼을 이용하고 있으며, 대부분의 다른 멤버들도 아두이노 하드웨어를 구체화한 회로도를 기반으로 SBC를 구현하는 것으로 나타났다. 실제 숫자는 확인이 어렵지만, 전 세계 ‘제조업체 페어(Maker Fair)’와 같은 행사에서 최근 집계된 바로는 아두이노의 개발 현황이 100만 개에 이르는 것으로 확인되고 있다.



줄어드는 쉴드의 역할

제작 커뮤니티가 자신들의 제품을 보다 ‘스마트’하게 만들기 위해 상업용 제조업체들의 무선 접속 기술을 도입하고 있다. 고립되어 동작하는 객체들이 다른 기기나 센서 또는 스마트폰이나 PC와 같은 컴퓨팅 플랫폼, 궁극적으로는 데이터 센터 서비스나 클라우드 상의 분석 프로세싱과 통신할 수 있는 무선 연결 기능을 갖춤으로써 훨씬 더 유용해지고 있다.

아두이노 SBC에 더 많은 기능을 부과하기 위해 베이스 보드를 확장하고자 하는 기대 수요를 기반으로, 아두이노는 특정 기능을 추가하는 확장 보드(또는 쉴드)를 사용할 수 있도록 표준 커넥터를 채택했다. 예를 들어 이더넷 쉴드는 RJ45 커넥터 및 간단한 소프트웨어 명령을 통해 아두이노 보드를 인터넷과 연결할 수 있도록 해준다. 또한 와이파이 및 블루투스(Bluetooth?) 연결 기능을 갖춘 쉴드를 통해 아두이노 사용자들은 케이블을 사용하지 않고도 다른 기기나 인터넷과 연결할 수 있게 됐다.

무선 연결이 광범위하게 확산되고, 대부분의 일상용품들까지도 양방향 RF 링크를 통해 인터넷 확장이 가능한 IoT(Internet of Things) 시대가 도래하면서 아두이노 기관은 RF 기술을 아두이노 베이스 보드의 필수요소로 간주하게 됐다.

아두이노 유한회사(Arduino S.r.l)의 CEO겸 사장인 페데리코 무스토(Federico Musto)는 “대부분의 개발자들은 지금까지 가장 많이 판매된 오리지널 제품인 아두이노 우노(Arduino Uno)를 통해 아두이노를 알고 있다. 우노가 출시된 지 10년이 지난 지금, 무선 연결을 기본 기능으로 수용함으로써 순리적인 발전이 필요한 시점이라고 판단했다”고 밝혔다(아두이노 유한회사는 2005년부터 아두이노 제품을 조립해 온 이탈리아 공장, 스마트 프로젝트(Smart Project)라는 제조업체로부터 설립됐다).

 

페데리코 무스토는 “우노에 익숙한 개발자들은 쉴드를 사용하지 않고도 IoT를 디자인할 수 있는 아두이노를 원하고 있다”며, “이러한 요구에 부합하는 새로운 제품을 만들기 위해 블루투스 저에너지 기술을 지원하게 됐으며, 이 기술은 저전력 소모 및 컨수머 전자기기와의 상호 운용성과 같은 혜택을 제공하기 때문”이라고 피력했다.

개발자들의 요구는 아두이노 프리모(Arduino Primo)를 탄생시켰으며, 지난 5월 주요 제조업체 모임에서 대대적으로 출시됐다. 개발자들 및 제조업체들은 프리모를 통해 다른 기기와의 무선 연결을 위해 더 이상 쉴드를 추가할 필요가 없게 됐다. 블루투스 저에너지 기술을 내장한 이 보드는 블루투스4.0 이상의 기술을 갖춘 스마트폰이나 태블릿, 데스크톱 컴퓨터는 물론, 빠르게 증가하고 있는 블루투스 저에너지센서 제품군과 원활하게 연결이 가능하다.

또한 프리모 플랫폼은 기존 와이파이 네트워크와 손쉽게 연결하거나 블루투스 기술이 제공하는 것보다 뛰어난 대역폭을 필요로 하는(단, 높은 전력소모) 애플리케이션을 위해 와이파이 모듈을 포함하고 있다.

블루투스 저에너지 무선연결 기능은 노르딕 세미컨덕터(Nordic Semiconductor)가 자사의 nRF52832 SoC(System-on-Chip)를 지원함으로써 가능하게 됐다. 또한 이 디바이스는 신속하게 블루투스 저에너지 기기와 연결할 수 있는 실용적이면서 사용이 용이한 ‘터치-투-페어(Touch-to-Pair)’ 메커니즘 기반 NFC(Near Field Communication) 기능도 제공한다.

동종 제품에 비해 가장 뛰어난 성능을 제공하는 nRF52832 SoC의 임베디드 ARM Cortex-M4F 프로세서는 블루투스 저에너지 이외의 아두이노 프리모 기능을 실행할 수 있는 충분한 성능을 갖추고 있다(무스토는 “nRF52832는 프리모의 핵심”이라고 언급했다). SBC는 ST마이크로일렉트로닉스의 또 다른 프로세서를 포함하고 있는데, 이는 아두이노 IDE 프로그래밍과 디버깅을 처리하며, ARM M4F는 다른 모든 연산 집약적 작업을 수행한다.

하드웨어 이외의 아두이노 에코시스템의 또 다른 강점은 초보자들도 신속하게 시작할 수 있는 IDE를 통해 손쉽게 프로그램이 가능하다는 것이다. 프리모가 이러한 장점들을 보유하고 있지만, 제조업체들이 보다 과감한 도전을 원한다면 노르딕의 nRF52나 nRF5 IoT SDK(Software Development Kit)와 같은 개발 툴을 이용해 SBC의 모든 기능들을 충분히 활용할 수 있다. 또한 경험이 풍부한 엔지니어들은 이러한 SDK를 통해 엔터프라이즈-레벨의 IoT 애플리케이션 지원 기능을 포함하고 있는 nRF52832 SoC의 모든 기능을 실행할 수 있다.

IoT 지원 

무스토에 따르면, 프리모는 사용자들이 IoT를 이용한 프로젝트를 구현할 수 있도록 해주는 이 기관의 첫 번째 시도중 하나다. 프리모의 블루투스 저에너지 기술은 센서(또는 다른 프리모)와 통신이 가능하기 때문에 스마트폰이나 데스크톱 컴퓨터, 또는 블루투스 및 와이파이 연결을 모두 지원하는 최신 IoT 허브/게이트웨이와 같은 ‘게이트웨이’를 통해 인터넷에 정보를 전달할 수 있다.

한편 이 기관은 아두이노 프리모의 가장 기본적인 기능만 제공하는 프리모 코어(Primo Core)를 만들었다. 프리모 코어 또한 노르딕의 nRF52832 SoC를 기반으로 하고 있으며, 탁월한 디자인의 40 mm 직경 폼팩터의 원형 SBC로 웨어러블 및 센서 애플리케이션을 겨냥하고 있다. 이 SBC는 프리모와 무선 센서 인터페이스처럼 동작할 수 있도록 특별히 설계됐다. 예를 들어, 아두이노 개발자는 스마트폰이나 IoT 허브/게이트웨이로 데이터를 다운로드하기 위해 정보를 수집하는 하나 또는 두 개의 프리모와 프리모 코어 센서를 기반으로 가정용 온도 및 습도 모니터링 시스템을 구성할 수 있다.

이와 함께 프리모 또는 프리모 코어 상에서 실행되는 IoT 애플리케이션은 적절하게 인터넷에 패킷을 전달할 수 있는 저렴하고 간단한 릴레이 또는 ‘브리지’를 통해 다른 연결된 사물들이나 클라우드-기반 컴퓨팅 리소스와 직접 통신할 수 있는 최신 인터넷 프로토콜, IPv6를 활용할 수 있다(보안 문제는 여전히 남아있지만, 인터넷 엔지니어링 그룹을 통해 해결되고 있다).

무스토는 “IPv6 기능은 우리가 노르딕의 블루투스 저에너지 칩을 선택한 중요한 이유 중 하나”라고 언급하고, “현재 프리모의 nRF52832 칩은 IPv6 기반 블루투스 저에너지를 이용해 프리모 코어와 통신할 수 있는 기능을 갖추고 있으며, 향후 이 기술은 별도의 게이트웨이를 사용하지 않고도 프리모와 IoT를 직접 연결할 수 있게 될 것이다. 이는 제작커뮤니티에 새로운 가능성을 제시하는 것은 물론, 향후 아두이노 에코시스템을 더욱 발전시키는 중요한 요소가 될 것”이라고 밝혔다.

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