초코볼의 inside Tech

이 글은 전편이 있습니다.

* Hardware | ESP-01 or ESP8266 사용기 - 1

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

이번에는 전편에서 풀지 못했던, ESP8266 chip 을 생산하는 ESPRESSIF SYSTEMS 사의 정식 firmware 를 입혀보는 포스트 입니다.

AI-Thinker 사는 firmware 를 한뭉텅이로 만들어 줘서 쉽게 firmware 를 입혔지만,

ESPRESSIF SYSTEMS 사는 address 라던지 파일 순서와 선택이 중요합니다.

1. ESP8266 adapter

전편에서도 사용했지만, 구매 정보를 올리지 않아서 여기에 기록으로 남깁니다.

* 2PCS For ESP-01 Esp8266 ESP-01S Model Of The ESP8266 Serial Breadboard Adapter To WiFi Transceiver Module Breakout UART Module

- https://www.aliexpress.com/item/Breadboard-Adapter-for-ESP8266-ESP-01-ESP-01S-Wifi-Transceiver-Module-Breakout/32775467213.html

두개 구입했고 1달정도 걸렸던것 같습니다.

기다리는 것이 익숙해 지긴 했지만, 빨리 확인해보고 싶은 경우는 조금 고통스럽네요.

양 다리는 스스로 납땜해야 합니다.

DIY 임을 명확하게 인지시켜주는 제품입니다.

DIY MORE 라는 회사가 눈에 자주 띄네요.

ESP8266 모듈을 끼우면 이렇게 됩니다.

가로를 세로로 변경해주는 방법입니다.

2. Flash Download Tool

그 사이 3.6.5 로 버전업을 했습니다.

* ESPRESSIF > Support > Download > Tools

- https://www.espressif.com/en/support/download/other-tools

아무래도 새로운 버전을 사용하는게 좋겠죠?

그리고 baud rate 도 처음엔 9600 만 사용해야 하는줄 알았는데, 이제는 115200 이 일반화 된것 같습니다.

그래서 요즘 버전들이 지원하는 115200 이상은 큰 문제가 없는듯 합니다.

3. NON-BOOT mode

이제 ESPRESSIF SYSTEMS 에서 내놓은 firmware 를 올려볼 차례 입니다.

여러 버전들이 존재하지만, 단순히 ready 상태를 띄워놓고 프로그래밍 하는 방법과, AT command 를 활용하는 두가지 방법이 있습니다.

우선 NON-BOOT mode 의 firmware 를 올려보겠습니다.

8Mbit = 1MiB 를 지원하는 NON-BOOT 버전은 2.0.0 이 마지막 버전인 듯 합니다.

(다른 버전에는 noboot 라는 디렉토리와 관련된 파일이 아예 없슴)

* ESP8266 NONOS SDK V2.0.0 20160810

- https://www.espressif.com/en/support/download/sdks-demos

- esp8266_nonos_sdk_v2.0.0_16_08_10.zip

위의 압축파일을 풀어보면, "README.md" 파일에 address 정보가 나와 있습니다.

* esp8266_nonos_sdk_v2.0.0_16_08_10\ESP8266_NONOS_SDK\bin\at\README.md

# NON-BOOT MODE
## download
    eagle.flash.bin              0x00000
    eagle.irom0text.bin          0x10000
    blank.bin
        Flash size 8Mbit:        0x7e000 & 0xfe000
        Flash size 16Mbit:       0x7e000 & 0x1fe000
        Flash size 16Mbit-C1:    0xfe000 & 0x1fe000
        Flash size 32Mbit:       0x7e000 & 0x3fe000
        Flash size 32Mbit-C1:    0xfe000 & 0x3fe000
    esp_init_data_default.bin (optional)    
        Flash size 8Mbit:        0xfc000
        Flash size 16Mbit:       0x1fc000
        Flash size 16Mbit-C1:    0x1fc000
        Flash size 32Mbit:       0x3fc000
        Flash size 32Mbit-C1:    0x3fc000

플러쉬 tool 에서 메모리 사이즈에 맞는 파일과 address 를 지정해 주면 됩니다.

저는 8Mbit = 1MiB 플레쉬 메모리 이므로 해당하는 값을 챙깁니다.

위의 설정에서 참고로, "CrystalFreq" 부분을 26M 로 하는 것은, 실제로 ESP8266 에서 26MHz 오실레이터를 사용하기 때문입니다.

플레쉬 회로 구성은 1편에서 자세히 다뤘습니다.

주의할 점은, flashing 할 때에는 아래처럼 "추가 전원" 이 꼭 필요하다는 점 잊지 마시구요.

Flash Download Tools 의 콘솔 화면입니다.

문제 없이 완료되면 위의 그림처럼 보입니다.

putty 로 접속하고, 만들어지 회로에서 RST 버튼을 누르면 아래처럼 ready 상태를 확인할 수 있습니다.

4. BOOT mode

BOOT mode 로 사용하게 되면 AT command 를 통해서 직접 ESP8266 을 컨트롤 할 수 있습니다.

1MiB 짜리 ESP8266 에 대응하는 BOOT mode 의 최신버전은 현재 기준 V2.2.1 인것 같습니다.

V3.0.0 이상으로 올라가면, flash memory 가 1MiB 초과하는 버전만 대응한다고 문서에 나와 있어요.

* ESP8266 NONOS SDK V2.2.1

- https://www.espressif.com/en/support/download/sdks-demos

- ESP8266_NONOS_SDK-2.2.1.zip

아래 AT Instruction Set 문서의 1.2.4 섹션을 보면 8Mbit Flash address 에 대해 나와있습니다.

* ESP8266 AT Instruction Set

- https://www.espressif.com/en/support/download/documents?keys=&field_type_tid%5B%5D=14

- 4a-esp8266_at_instruction_set_en.pdf

위의 정보에서 boot.bin 부분을 boot_v1.6.bin 으로 바꿔서 flashing 하면 됩니다.

물론 동일한 디렉토리에 존재하는 boot_v1.7.bin 도 해봤습니다. 그치만 booting 되면 1.6 으로 뜨더군요.

아마 내부 로직으로 인하여 v1.7 은 overwrite 가 되지 않는것 같습니다.

Flash 잘 되었구요.

동영상도 올려 봅니다.

확인해 보니, 완전 최신으로 업데잇 되었습니다 (얏호~).

그치만 Ai-Thinker 는 web server 가 기본 장착되어 있지만, ESPRESSIF SYSTEMS 의 firmware 에는 없나 봅니다.

IP 를 얻고 접속해 봐도 web page 가 뜨지 않습니다.

FIN

이제 ESP8266 에 대한 firmware 방법은 마스터 한것 같습니다.

다음에는 AT command 활용과 sketch 올리는 법, 그리고 메모리 업그래이드 하는 방법을 시도해 보겠습니다.

1. 시작

아두이노에 연결해서 사용할 수 있는 저가의 Wi-Fi 모듈로는,

유명한 Espressif Systems 사의 ESP8266 와, Ai-Thinker 사의 ESP-01 모듈이 있습니다.

다른 여타 sensor 나 module 처럼 금방 사용할 수 있겠지 하고 덤볐다가, 지옥이 열렸습니다.

* ESP8266

- https://en.wikipedia.org/wiki/ESP8266

저가이면서 Wi-Fi 구성이 된다니, 신기할 따름입니다.

바로 구매하여 확인해 봅니다.

2. 구매

AliExpress 에서 쉽게 검색이 됩니다.

외형이 살짝 다른 두 종류가 있어서 두가지 모두 구입해 봅니다.

한개는 8Mb flash memory 라고 하는군요.

* ESP-01, ESP8266,WIFI module 8Mb flash memory

- https://www.aliexpress.com/item/WIFI-module-ESP-01-ESP8266-8Mb-flash-memory/32733744011.html

* Upgraded version ESP-01 ESP8266 serial WIFI wireless module wireless transceiver ESP01 ESP8266-01

- https://www.aliexpress.com/item/Free-shipping-ESP8266-serial-WIFI-wireless-module-wireless-transceiver/32341788594.html

3. 외형

모양은 이렇게 생겼습니다.

제조사는 다르지만 기본 chip 및 구성은 거의 동일합니다.

위의 그림에서 8Mbit Flash 라는 제품이 밑에 보이는 것인데,

memory chip 두께가 살짝 더 두꺼워 보입니다.

평범한 뒷모습.

4. Pin 배열

Pin out 이 2열로 되어 있어서, 빵판에서 그냥 꼽으면 short 가 발생합니다.

점퍼선으로 연결해도 되지만 깔끔하지 못할 뿐더러 연결시 자꾸 헷갈리기도 합니다.

Wi-Fi 모듈 보드 한쪽이 안테나를 형성하고 있어서,

이렇게 한쪽으로 모두 pin 을 모아야 하는 것은 이해가 갑니다만 빵판에서는 최악입니다.

꽤나 불편합니다.

AliExpress 에서 우연하게 breadboard 에서 편하게 사용할 수 있도록 해주는 adapter 를 발견하였습니다.

* 2PCS For ESP-01 Esp8266 ESP-01S Model Of The ESP8266 Serial Breadboard Adapter To WiFi Transceiver Module Breakout UART Module

- https://www.aliexpress.com/item/Breadboard-Adapter-for-ESP8266-ESP-01-ESP-01S-Wifi-Transceiver-Module-Breakout/32775467213.html

아래는 실재 사용한 사진입니다.

수직을 수평으로 피면서 양쪽으로 pin 들을 분리해주는 

이 adapter 를 사용하면, 이쁘게 양쪽으로 pin 들을 구분해 줍니다.

여러분들도 꼭 구입해 보아요.

5. 먼저 알고 있어야 할 것들 - BAUD RATE

ESP8266 은 쉽게 접근할 수 있는 모듈이 아닙니다.

값싸고 성능이 괜찮은 대신, 문제 없이 구동시키려면 몇 가지 조건이 충족되어야 합니다.

이런 배경지식 없이 덥볐다가 시행착오에 꽤 많은 시간을 쏟아 부어야 했습니다.

거의 모든 ESP8266 모듈들은 공장 출하시 UART serial IO 속도가 115200 으로 정해져 있습니다.

Arduino Mega 와 같이 HW Serial 이 두개면 문제가 없습니다.

단, Arduino Uno/Nano 의 경우, 하나밖에 없는 HW Serial 을 USB 연결용으로 사용해 버리므로 문제가 됩니다.

결국, Arduino Uno/Nano 는 ESP8266 와 SoftwareSerial 로 연결되어야 하나,

SoftwareSerial 은 115200 처럼 높은 baud rate 를 지원하지 않습니다.

그래서 연결하려는 arduino 가 Uno/Nano 라면, BAUD RATE 를 변경해 줄 필요가 있습니다.

다음은 AT 명령어를 이용하여 통신 속도를 변경하는 방법 입니다.

AT+UART_DEF= baudrate , databits , stopbits , parity , flow control

보통 9600 으로 설정시 다음과 같은 명령어를 사용합니다.

AT+UART_DEF=9600,8,1,0,0

여기서 주의할 점은, ESP8266 에 구워진 AT 명령어 firmware 버전에 따라 사용하면 안되는 명령어들이 있습니다.

"AT+CIOBAUD=9600" 나 "AT+IPR=9600" 는 일시적으로만 동작되거나 ESP8266 을 벽돌로 만들어 버릴 수도 있습니다.

그러므로, 항상 최신버전의 AT firmware 를 먼저 굽고 사용해야 합니다.

firmware upgrade 에 대해서는 아래에서 자세하게 다룹니다.

6. 먼저 알고 있어야 할 것들 - 충분한 전류

ESP8266 모듈은 전력을 많이 소비합니다. 250mA 정도는 사용한다고 하네요.

ESP8266 구동에 필요한 3.3V 를 지원하기는 하지만,

200mA 이상 나오지 않는 Nano 의 3.3V 포트에 연결하면 정상적으로 동작하지 않습니다.

전류가 부족해서 나타나는 증상은, LED indicator 가 정상적으로 점멸하지 않다거나,

(아래 사진은 추가 전원을 이용하여 정상적으로 동작하는 모습)

AT 명령어에 대한 response 가 중구난방입니다.

전력을 충분히 공급하는 회로로는 3가지가 있습니다.

하나. arduino + level shifter

Uno 5V 포트는 3.3V 포트에 비해 더 많은 전류를 지원해 주지만,

거의 300mA 에 육박하는 전류를 커버하기 위해서는 외부 전원장치가 필요하므로, 이 방법은 시도해 보지 않았습니다.

둘. 외부 전력 공급장치

아래 보이는 것처럼 외부 전력 공급장치를 사용하는 것입니다.

예전 빵판 구입시 딸려 온 것을 사용해 봤습니다.

* Hardware | MB102 Breadboard Power Supply Module 를 사용해 보자

- http://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-MB102-Breadboard-Power-Supply-Module

셋. FTDI USB 모듈이나 그 호환 모듈

FTDI 나 CP2102 를 사용하면, 중간에 arduino 와 연결할 필요 없이 PC 와 직접 연결이 가능하며,

모듈 자체적으로 3.3V 및 충분한 전류가 공급됩니다.

저 개인적으로는 FTDI 모듈보다 CP2102 가 더 안정적인 동작을 보이는것 같습니다.

참고로 FTDI 일 경우, 장치 관리자에서 단순히 "USB Serial Port" 로 보여서 port 번호를 알 수 없습니다.

(Arduino IDE 를 띄우면 port 정보가 나오기는 함)

이는 Driver install 시에 보면, Driver 2개가 서로 연동 하면서 변경되는 port 정보를 알 필요 없이 만들어주기 위한 방법으로 보입니다만,

저에겐 오히려 귀찮은 방식입니다.

반면 CP2102 일 경우, 포트번호가 표시되므로, putty 를 이용하여 serial 접속시 포트번호를 지정할 수 있습니다.

앞으로 ESP8266 에 관련된 확인은 CP2102 를 가지고 진행하겠습니다.

7. 먼저 알고 있어야 할 것들 - 최신 firmware

AliExpress 를 통해서 구매한 firmware 들은 2015년 이전 버전을 그대로 적용해서 출하하고 있습니다.

Firmware 버전이 너무 낮으면, 대응되는 명령어도 적을 뿐더러 뭔가 많이 불안한 반응을 보입니다.

가능하면 최신 버전으로 flash 해줘야 마음이 편합니다.

Ai-Thinker 사에서 최신 firmware 라고 올라와 있는 것을 간단하게 flash 해서 update 한 결과 입니다.

여기까지 오는데 8개월 걸렸네요.

그렇습니다.

결국 이 ESP8266 을 잘 쓰려면, firmware flash 를 잘 해놓는게 가장 기본이 됩니다.

그러기 위해서는 충분한 전류를 공급하는 전원도 구비해야 하는 것 이구요.

8. 먼저 알고 있어야 할 것들 - flash 파일

Flash 파일은 몇가지 종류와 버전이 존재합니다.

Espressif Systems 사에서 공개한 일반적인 버전의 flash file 과, Ai-Thinker 사가 공개한 flash file 이 있습니다.

오늘 flashing 하려는 것은 Ai-Thinker 사의 Wi-Fi 모듈이므로, 해당 모듈용 최신 파일을 준비합니다.

* ESP8266 最新SDK发布

- http://wiki.ai-thinker.com/esp8266/sdk

- ai-thinker_esp8266_dout_aicloud_v0.0.0.6_20170517.7z

압축을 풀면 몇가지 버전이 나오는데, 저는 8Mbit 인것 같아서, 작은 사이즈의 8Mbit 을 사용합니다.

또한 flashing 할 때, flash file 별로 메모리상의 주소를 지정해 줘야 합니다.

다행히 Ai-Thinker 사는 한 뭉탱이로 flash file 을 만들어 놔서, 주소가 메모리 첫번째 부터 쓰게끔 "0x00000" 을 지정하면 됩니다.

다른 버전과 좀더 복잡한 내용은 다음 post 에서 다루도록 하겠습니다.

(내용이 너무 넘처남...)

9. 먼저 알고 있어야 할 것들 - flash tool

Firmware upgrade 를 위한 flash tool 로는 몇가지가 있지만,

저는 "Espressif Systems" 사에서 공개하고 있는 "FLASH_DOWNLOAD_TOOLS" 가 사용하기 편했습니다.

* FLASH_DOWNLOAD_TOOLS V3.6.4

- flash_download_tools_v3.6.4_0.rar

* FLASH_DOWNLOAD_TOOLS V2.4

- FLASH_DOWNLOAD_TOOLS_v2.4_150924.7z

V3.6.4 에서는 baud rate 가 기본 115200 이상만 지원합니다.

만일 arduino 와 연결을 위해 9600 으로 낮추게 설정 했을 경우에는 firmware 를 upgrage 하기 위해 AT+UART_DEF 를 사용해야 하나,

혹시 그 firmware version 이 낮아서 이 command 를 못 알아먹을 경우에는 방법이 없습니다.

그럴 때에는 version 이 낮아서 조금 찜찜하기는 하나, 9600 을 지원하는 V2.4 를 사용하면 됩니다.

이제 "어떻게" 잘 firmware flash 를 하는지를 알아봐야겠습니다.

10. Firmware flashing 회로

Flashing 을 위한 회로는 몇가지가 있지만, 저는 아래 글을 참고하였습니다.

* Update the Firmware in Your ESP8266 Wi-Fi Module

- https://www.allaboutcircuits.com/projects/update-the-firmware-in-your-esp8266-wi-fi-module/

CH_PD 핀에 전원 인가 시 필히 저항을 달았으며,

RST 에 reset switch 와 GPIO0 에 flash 용 swtich 를 달았습니다.

똑딱이 스위치를 이 회로를 구성하기 위해서 구입했더랬습니다!!!

* Hardware | 스위치 부품 구매하기

- http://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-buying-switch-components

스위치의 사용법은 다음과 같습니다.

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.

안정적으로 전원이 공급되므로 LED 가 정상으로 점등, 점멸 합니다.

11. Firmware flashing

굳이 V2.4 을 이용하여 flash 하였습니다.

위에서 열거한 방법을 반복해 보자면, 아래처럼 진행하면 됩니다.

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.

여기까지 오는데 8개월이 걸렸습니다.

눈물좀 훔치겠습니다... ㅠ.ㅠ

정상적으로 진행되는 과정의 스샷 입니다. 5% 진행되었을 때 캡춰했네요.

아래는 flash start 누른 후의 화면들을 캡춰 했습니다.

여러가지 확인하는 과정들이 있네요.

동영상으로 떠 봤습니다.

지금 다시 봐도 감격스럽네요.

12. ESP8266 에 console 로 접속하기

PC 에서 console 접속하려면 terminal 어플이 필요합니다.

여기서는 open source 이면서 사용하기 편한 putty 를 이용했습니다.

* Download PuTTY: latest release (0.70)

- https://www.chiark.greenend.org.uk/~sgtatham/putty/latest.html

이제 문제없이 접속이 되니, putty 를 통해서 serial port 로 연결합니다.

AT 를 치고, Ctrl + M, J 하면 타이핑한 내용이 ESP8266 에 전송되고 그 결과를 보여줍니다.

접속 mode 라던지, 현재 상태, 그리고 집에서 쓰는 Wi-Fi AP 에서 할당받은 IP 를 확인해 봤습니다.

(따로 AT+CWJAP 이라는 command 를 통해서 접속하는 과정이 필요)

위에서 마지막에 나오는 "192.168.123.135" 이 ESP8266 이 할당받은 IP 입니다.

ESP8266 은 내부에 web server 를 탑재하고 있어서 browser 를 통해서도 접속이 가능합니다.

이 외에 여러가지 AT command 들이 있습니다만,

글이 너무너무 길어지기에 오늘은 간단한 결과 들만 올려 봅니다.

(누차 이야기 하지만, 여기까지 오는데 8....)

13. ESP8266 에 web 으로 접속하기

브라우저에서 접속해본 스샷입니다.

몇가지 설정을 web 을 통해서도 수정할 수 있게 되어 있네요.

아래는 web 에서 제공하는 "REBOOT" 버튼을 클릭하고 얻은 결과 입니다.

정상적으로 잘 동작 합니다.

FIN

오랜 시행착오의 시간이 지나갔습니다. (사실 주말 가끔밖에 시간이 안나서...)

ESP8266 은 기능이 다양하고 강력한 대신, 길들여서(?) 사용하기가 여간 까다롭지 않습니다.

배경 지식도 많이 필요하구요.

다른 블로그 글들을 보면, 다들 쉽게 하던데 왜 나는 이렇게 어렵게 하는지 모르겠습니다.

이왕 여기까지 온거, 완벽하지는 않지만 납득이 가는 선까지 정리해 보고자 합니다.

다음 포스트에서는 나머지 이야기들을 정리해 보겠습니다.