Hardware | ESP-01 or ESP8266 사용기 - 5

이번 글을 읽기에 앞서, ESP8266 에 관하여 몇 차례에 걸쳐 다뤄 왔습니다.

ESP8266 을 활용하기 위해서는 여러 지식과 경험이 바탕이 되어야 추가적인 내용을 충분히 이해할 수 있습니다.

시간이 허락되신다면, 먼저 아래 포스팅 들을 참고해 주세요.

* Hardware | ESP-01 or ESP8266 사용기 - 1

- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-ESP01-or-ESP8266-using-1

* Hardware | ESP-01 or ESP8266 사용기 - 2

- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-ESP01-or-ESP8266-using-2

* Hardware | ESP-01 or ESP8266 사용기 - 3

- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-ESP01-or-ESP8266-using-3

* Hardware | ESP-01 or ESP8266 사용기 - 4

- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-ESP01-or-ESP8266-using-4

또한, 이 포스트에서 가장 많이 참고한 사이트는 여기 입니다.

* Using ESP8266 SPIFFS

- https://www.instructables.com/id/Using-ESP8266-SPIFFS/

1. SPIFFS

SPI Flash File System 의 약자로서,

ESP8266 등에 장착된 Flash memory chip 의 여유공간에 파일을 쓰기/읽기/삭제 등을 할 수 있게 해주는 기능입니다.

* ESP8266 Arduino Core

- https://arduino-esp8266.readthedocs.io/en/latest/filesystem.html

|--------------|-------|---------------|--|--|--|--|--|
^              ^       ^               ^     ^
Sketch    OTA update   File system   EEPROM  WiFi config (SDK)

단, 일판 file system 처럼 directory 구조처럼 하위 폴더 개념이 없고, 1차원적으로 모든 파일을 한곳에 넣어서 사용해야 합니다.

궁극적인 목적으로는,

- ESP8266 등에 장착된 controller 가, 시간과 로드가 많이 걸리는 외부 저장장치에 접근하지 않고, 내부적으로 처리하기 위한 방법

- 파일이 자주 변하지 않으며, 주로 읽혀지는 파일

- 여타 파일 시스템 처럼 bad block 등의 검사나, 마킹을 할 수 없음

- HTML, CSS, JS 파일들을 올려놓고 ESP8266 에서 web server 를 돌릴 수 있슴

2. Arduino IDE 에서 환경 설정

파일을 올리는 툴은 Arduino IDE 에서 하게 되므로, SPIFFS 를 사용할 수 있도록 Arduino IDE 를 설정해야 합니다.

우선 Arduino IDE 에서 SPIFFS 메뉴를 활성화 시키기 위해 아래 순서대로 진행합니다.

A. Plug-In 인스톨

아래 사이트에서 최신 파일을 받습니다.

* esp8266/arduino-esp8266fs-plugin

- https://github.com/esp8266/arduino-esp8266fs-plugin/

* Latest version of ESP8266 Arduino

- https://github.com/esp8266/arduino-esp8266fs-plugin/releases/tag/0.4.0

- ESP8266FS-0.4.0.zip

혹시 모르니, 필요한 파일을 받아서 올렸습니다.

B. 파일을 설치

Arduino IDE 에서 설정된 sketch 폴더에 tools 라는 directory 를 만들어 서 그 안에 위의 파일을 해동하여 넣습니다.

sketch 폴더는 환경마다 다르므로, 현재 쓰고 있는 환경에서 sketch 폴더가 어디인지는 Preference 에서 확인 가능합니다.

C. 설치 완료 확인

설치 후, Arduino IDE 를 재시작 하여 Tools 메뉴에 가 보면,

아래 Before/After 처럼, 새롭게 "ESP8266 Sketch Data Upload" 매뉴가 활성화 된 것을 확인 할 수 있습니다.

Before

After

3. ESP8266 의 용량 확인

파일을 업로드 하기 전, ESP8266 에 달려 있는 Flash memory 의 용량을 확인해 봅니다.

사실 대략 알고 있다면 이 부분은 건너 뛰어도 됩니다.

우선 ESP8266 보드를 Arduino IDE 에서 직접 access 할 수 있도록, 보드를 등록해 봅니다.

보드 등록을 위한 관련 파일을 다운로드 받아 설치하려면, 아래 설정처럼 Preference 에 해당 정보가 등록되어 있어야 합니다.

File > Preference

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

아래처럼 등록하면 됩니다.

예전에 Digispark 를 DIY 한 흔적이 있네요. 다른 URL이 이미 있다면, 다음 줄에 등록하면 됩니다.

그럼, 아래 메뉴에서 ESP8266 보드 관련 파일을 설치할 수 있게 됩니다.

Tools > Board > Boards Manager

Boards Manager 에서 esp8266 으로 검색하여, 설치되어 있지 않으면 설치해 줍니다.

여기까지 왔다면, Board 메뉴에서 Generic ESP8266 Module 을 선택할 수 있게 됩니다.

특별히 할 설정은 없슴니다만, SPIFFS 를 2M 사용한다고 설정 했습니다.

다른 설정은 잘 모르겠네요.

이제 Flash memory 확인용 sketch 를 선택합니다.

File > Examples > ESP8266 > CheckFlashConfig

실제 소스는 다음과 같습니다.

/*
  ESP8266 CheckFlashConfig by Markus Sattler
  This sketch tests if the EEPROM settings of the IDE match to the Hardware
*/

void setup(void) {
  Serial.begin(115200);
}

void loop() {

  uint32_t realSize = ESP.getFlashChipRealSize();
  uint32_t ideSize = ESP.getFlashChipSize();
  FlashMode_t ideMode = ESP.getFlashChipMode();

  Serial.printf("Flash real id:   %08X\n", ESP.getFlashChipId());
  Serial.printf("Flash real size: %u bytes\n\n", realSize);

  Serial.printf("Flash ide  size: %u bytes\n", ideSize);
  Serial.printf("Flash ide speed: %u Hz\n", ESP.getFlashChipSpeed());
  Serial.printf("Flash ide mode:  %s\n", (ideMode == FM_QIO ? "QIO" : ideMode == FM_QOUT ? "QOUT" : ideMode == FM_DIO ? "DIO" : ideMode == FM_DOUT ? "DOUT" : "UNKNOWN"));

  if (ideSize != realSize) {
    Serial.println("Flash Chip configuration wrong!\n");
  } else {
    Serial.println("Flash Chip configuration ok.\n");
  }

  delay(5000);
}

!!주의!!

ESP8266 의 Flash memory 에 writing 하기 위해서는 아래 순서에 맞게 해야 합니다.

1. RST 의 스위치를 누른다.

2. FLASH 의 스위치를 누른다.

3. RST 의 스위치에서 손을 뗀다.

4. FLASH 의 스위치에서 손을 뗀다.

5. Flash program 에서 "시작" 을 누른다.

위의 구성처럼, 꼭 외부 전원으로 ESP8266 을 구동시키는 것과,

PC 와 Serial 연결 위한 FTDI 나 CP2102 의 GND 를, 외부전원의 GND 와 서로 연결해 주는 것을 빼먹으면 안됩니다. (동기)

FTDI 는 Serial 통신만을 위한 것이지, ESP8266 의 전원까지 공급하게 하면, 매우 높은 확률로 실패합니다.

컴파일된 sketch 가 잘 밀어들어가고 있고요.

문제 없이 끝났습니다.

Hard resetting via RTS pin... 이라고 나오고, 그 뒤 반응에 대한 내용은 나오지 않습니다.

Serial Monitor 로 확인해 보면, 올라간 sketch 가 잘 구동되는 것을 확인할 수 있습니다.

원래 1MB 였던 Flash memory 가 4MB 로 변경된 것이 확인 됩니다.

4. SPIFFS upload

이제 아까 Plug-in 을 이용해 구현했던 "ESP8266 Sketch Data Upload" 기능을 이용하여 실재로 data upload 를 해 봅니다.

sketch 폴더에 "data" 폴더를 만들고, 거기에 파일을 놔두면, 그 파일이 자동으로 upload 된다고 합니다.

으잉? 빈 깡통이라고 그러네요?

이미 위에서 알고 있는 sketch folder 와 또 다른 곳을 이야기 하는 듯 합니다.

IDE 메뉴의 "Show Sketch Folder" 를 이용하여 어디를 이야기 하는지 확인해 봅니다.

Sketch > Show Sketch Folder

Sketch 폴더가 여기였어? 이 SPIFFS 업로드용 sketch 폴더는 Temp 폴더로 잡혀있나 보네요.

data 폴더를 만들어 주고 업로드 하고 싶은 파일을 심어 놓습니다.

드디어 이 메뉴를 눌러 봅니다.

"SPIFFS Uploading Image..." 라고 뜨면서 막 뭐를 밀어 넣는 것 같습니다.

"SPIFFS Image Uploaded" 라고 뜨면서, "Hash of data verification" 까지 실행하고 끝납니다.

텍스트 파일이라서 그런지 data 압축도 자동으로 되는 것 같습니다.

Data upload 영역과 기존 firmware 영역이 잘 분리되어 있는지, 전원을 리셋하여 command 를 날려 봅니다.

기존 Wi-Fi firmware 영역은 완벽히 구분되어 잘 보존되어 있네요.

아래 그림에서 보이듯, SPIFFS 가 사용하는 File System 영역과 Program 영역이 분리되어 있는지 확인해 본 것입니다.

5. Upload 된 파일 확인

그럼 upload 되어 있는 파일이 진짜 내가 올린 파일인지 확인해 볼까요?

이 글, 맨 처음에 참조한 사이트에서 text 파일 확인용 소스가 있습니다. 그대로 활용해 봅니다. (Steve 고마워요~)

/* Steve Quinn 06/03/17
Copyright 2017 Steve Quinn

This program is free software: you can redistribute it and/or modify
it under the terms of the GNU General Public License as published by
the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
(at your option) any later version.

 This program is distributed in the hope that it will be useful,
 but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
 MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
 GNU General Public License for more details.

 You should have received a copy of the GNU General Public License
 along with this program.  If not, see .

Written to accompany the following Instructable;

'Using ESP8266 SPIFFS'

Compiled using Arduino 1.6.9 
*/

#include "string.h"
#include "FS.h"

bool    spiffsActive = false;
#define TESTFILE "/esp8266_SPIFFS.txt"

void setup() {
	Serial.begin(115200);
	delay(1000);
	
	// Start filing subsystem
	if (SPIFFS.begin()) {
		Serial.println("SPIFFS Active");
		Serial.println();
		spiffsActive = true;
	} else {
		Serial.println("Unable to activate SPIFFS");
	}
	
	delay(2000);
}

void loop() {
	if (spiffsActive) {
		if (SPIFFS.exists(TESTFILE)) {
			
			File f = SPIFFS.open(TESTFILE, "r");
			if (!f) {
				Serial.print("Unable To Open '");
				Serial.print(TESTFILE);
				Serial.println("' for Reading");
				Serial.println();
			} else {
				String s;
				Serial.print("Contents of file '");
				Serial.print(TESTFILE);
				Serial.println("'");
				Serial.println();
				
				while (f.position() < f.size()) {
					s=f.readStringUntil('\n');
					s.trim();
					Serial.println(s);
				}
				f.close();
			}
			Serial.println();
			
			f = SPIFFS.open(TESTFILE, "a");
			if (!f) {
				Serial.print("Unable To Open '");
				Serial.print(TESTFILE);
				Serial.println("' for Appending");
				Serial.println();
			} else {
				Serial.print("Appending line to file '");
				Serial.print(TESTFILE);
				Serial.println("'");
				Serial.println();
				f.println("This line has been appended");
				f.close();
			}
			
			f = SPIFFS.open(TESTFILE, "r");
			if (!f) {
				Serial.print("Unable To Open '");
				Serial.print(TESTFILE);
				Serial.println("' for Reading");
				Serial.println();
			} else {
				String s;
				Serial.print("Contents of file '");
				Serial.print(TESTFILE);
				Serial.println("' after append");
				Serial.println();
				
				while (f.position() < f.size()) {
					s=f.readStringUntil('\n');
					s.trim();
					Serial.println(s);
				}
				f.close();
			}
		} else {
			Serial.print("Unable To Find ");
			Serial.println(TESTFILE);
			Serial.println();
		}
	}
	
	while (true) {
		yield();
	}
}

프로그램 영역에 올려야 구동되므로, IDE 에서 일반 sketch upload 로 밀어 넣습니다.

프로그램이 올라가면 Serial Monitor 를 통해 확인해 봅니다.

제가 작성했던 text 파일이 잘 읽혀지네요. 신기~!

한글 및 ASCII 코드도 잘 읽혀서 변환되었습니다. (OS 가 한글이기도 하고, 파일 인코딩을 UTF-8 로 지정함)

이 소스는 Flash memory 에서 SPIFFS 를 사용하여,

일반 file system 의 IO 처럼, 추가 쓰기가 가능하다는 것을 보여주기 위해 append 기능이 부여되어 있습니다.

이 과정을 통해 기존 firmware 위에 확인용 sketch 가 overwrite 되었으므로,

다시 Wi-Fi firmware 를 입혀주고, 그렇게 해도 여전히 data 영역이 그래도 보존되는지 확인해 봅니다.

그 다음, 다시 위의 소스 sketch 를 입히고 실행시켜 보니, 아래와 같이 한줄 더 추가 되었습니다.

즉, data 영역은 프로그램 용 sketch 나, Wi-Fi firmware 와는 완전 분리된 상태로 관리 되고 있다는 것을 알 수 있습니다.

FIN

ESP8266 에 대해서 5회에 걸쳐 살펴봤습니다.

대략적인 사용법 - 개념, 환경 구성, Flash memory 사용법 - 은 훑어 본것 같습니다.

ESP8266 의 진정한 활용은 무선으로 연결하여 IoT data 나, 실시간 연결을 통한 제어가 주 목적이 되겠습니다.

다음부터는 센서를 가지고 놀면서, IoT 적인 활용법을 익혀 보겠습니다.