초코볼의 inside Tech

이 글은, 아래 포스트에서 예고 했듯이, RFID / NFC 를 arduino 를 이용하여 tag를 인식시켜 보는 글 입니다.

* Book | 훤히 보이는 RFID/USN - Get to know RFID/USN

- https://chocoball.tistory.com/entry/Book-Get-to-know-RFID-USN

1. 대응 가능한 chip

RFID / NFC 를 읽을 수 있는 chip 중에 PN532 가 FeliCa 도 인식할 수 있으며, 대중적으로 구입 가능하다는 것을 알게 되었습니다. (범용)

* RFID Selection Guide - Adafruit Industries

- https://cdn-shop.adafruit.com/datasheets/rfid+guide.pdf

- rfid+guide.pdf

PN5xx 시리즈 중에서 시중에서 구입 가능한, 그리고 xx 부분의 숫자가 큰 것으로는 PN532 가 있더군요.

가장 우수한 chip 으로는 PN544 입니다만, 관련 breakout 은 5만원 이상이었습니다.

저렴하게 AliExpress 에서 골라서 구입합니다.

* 1Set GREATZT PN532 NFC RFID Wireless Module V3 User Kits Reader Writer Mode IC S50 Card PCB Attenna I2C IIC SPI HSU For Arduino

- https://www.aliexpress.com/item/1Set-GREATZT-PN532-NFC-RFID-Wireless-Module-V3-User-Kits-Reader-Writer-Mode-IC-S50-Card/32859551116.html

- User manual : PN532_Manual_V3.pdf

[Features]

1. Gilt PCB and Small dimension and easy to embed into your project

2. Support I2C, SPI and HSU (High Speed UART), Change between those modes

3. Support RFID reading and writing

  1) SupportP2P communication with peers

  2) Support NFC with Android phone

4. Typical Operating Distance have been updated to 5cm~7cm reading distance

5. Work in NFC Mode or RFID reader/writer Mode

6. RFID reader/writer supports:

  1) 1k, 4k, Ultralight, and DesFire cards

  2) ISO/IEC 14443-4 cards such as CD97BX, CD light, Desfire, P5CN072 (SMX)

  3) Innovision Jewel cards such as IRT5001 card

  4) FeliCa cards such as RCS_860 and RCS_854

7. Plug and play, for compatible

8. Built in PCB Antenna, with 4cm~6cm communication distance

9. On-board level shifter, Standard 5V TTL for I2C and UART, 3.3V TTL SPI

10. Work as RFID reader/writer

11. Work as 1443-A card or a virtual card

12. Exchange data with other NFC devices such as smartphone

[Package Included]

1 x1PCS*PN532 NFC RFID Module

1x 2.54mm spacing 4pin Cable

1xMifare One S50 White Card

1xMifare One S50 Key Card

1x12P bended male pins

사양을 보면 FeliCa 도 읽을 수 있다고 되어 있습니다.

FeliCa 는 일본 지하철 / 국철에서 사용할 수 있는 Suica / PASMO 카드에 사용된 기술입니다.

마침 일본에서 사용했던 Suica / Pasmo 카드를 가지고 있으니, FeliCa 대응 가능한 이 breakout 을 이용할 수 있겠네요.

다만, fake 제품은 읽을 수 없다고 합니다. (나중에 안 사실)

AliExpress 에서 구매할 수 있는 저가품이다 보니, 아마 불가능할 것 같다는 느낌은 듭니다.

2. 도착

배송에 한달정도 소요되었습니다.

구성품은 다음과 같습니다.

Tag 종류가 둥그런 것과 카드형식, 두가지가 들어 있네요.

Breakout 보드의 확대 사진입니다.

뒷면입니다. I2C 용 pin head 와 SPI 용이 따로 구분되어 있습니다.

Arduino 와 연결하기 위해서 pin head 들을 납땜 했습니다.

납땜 팁이 오래 쓰면서 산화되어 버려 이제는 납볼이 잘 생성되지 않았지만, 어떻게든 이쁘게 된것 같네요.

3. Library 설치

이 보드에 관한 제작 / 판매하는 사이트를 따라가다 보면 Seeed Studio 라는 회사가 떠오릅니다.

관련한 source 들은 아래 GitHub 에서 공유되어 있습니다.

* elechouse/PN532

- https://github.com/elechouse/PN532

위의 사이트에서 설명되어 있기론, 아래 두 파일을 Arduino libraries 폴더에 압축을 풀어서 copy 하라고 합니다.

결국 위의 GitHub 의 파일과, 추가로 Don 이라는 사람이 만든 NDEF 파일을 Arduino > libraries 에 설치하면 준비는 끝납니다.

- PN532-PN532_HSU.zip

- NDEF-master.zip

위에서 시키는 대로 하면, PN532 directory 가 많아지므로, 구분을 위해 prefix "elechouse" 를 붙여서 아래처럼 저장했어요.

다른 source 로는, 가장 유명한 adafruit 에서 나온 PN532 library 를 설치하면 됩니다.

* adafruit/Adafruit-PN532

- https://github.com/adafruit/Adafruit-PN532

위에서 파일을 다운로드 받아 libraries 에 copy 해도 되고, 아래처럼 Library Manager 를 이용하여 install 해도 됩니다.

다만, adafruit 소스에는 HSU (High Speed UART) 연결방식이 지원되지 않습니다.

그러니 HSU 를 사용하고 싶으면, 처음에 소개된 elechouse source 가 필요합니다.

4. I2C 연결

이제 소스를 올리고 RFID 인식을 시켜 봅니다.

Arduino 와 연결 방식은 I2C / SPI / HSU 가 있으니, 먼저 가장 단순한 I2C 를 이용해 봅니다.

아래처럼 DIP switch 를 I2C 방식으로 변경합니다.

문제 없이 I2C 통신이 이루어 지는지 I2C detect 소스로 확인해 봅니다.

방법은 예전에 올렸던 아래 포스트에서 확인해 보세요.

* Hardware | Gyroscope GY-521 MPU-6050 을 사용해 보자

- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-Gyroscope-GY521-MPU6050

PN532 breakout 의 측정된 주소로 "0x24" 가 나왔네요.

연결은 다음과 같이 합니다.

   PN531  | Arduino Nano
-------------------------
    VCC   |     5V
    GND   |     GND
    SDA   |     A4
    SDL   |     A5
-------------------------

연결 layout 은 다음과 같습니다.

구매한 breakout 보드와 동일한 fritzing 파트를 찾을 수 없어서 adafruit 에서 나온 것을 사용하였습니다.

여타 I2C 연결이 그러하듯 동일합니다.

아래 sample source 를 arduino 에 로드합니다. iso14443a_uid 가 처음 시작하기에 가장 평범한 소스라고 하네요.

File > Examples > elechouse_PN532 > iso14443a_uid

Serial Monitor 에서 확인하면 다음과 같이 인식합니다!

위의 소스의 단점은 준비 상태로 되는 것과 카드를 태킹하면 인식에 시간이 좀 걸린다는 것 입니다.

실생활에 전혀 사용할 수 없는 수준이네요.

그럼 이번에는 Adafruit 의 동일한 소스를 사용해 봅니다.

File > Examples > Adafruit PN532 > iso14443a_uid

adafruit 소스는 먼저번 소스와는 다르게, IRQ 와 RESET (RSTO) 를 추가로 연결하는 부분이 존재합니다.

// If using the breakout or shield with I2C, define just the pins connected
// to the IRQ and reset lines.  Use the values below (2, 3) for the shield!
#define PN532_IRQ   (2)
#define PN532_RESET (3)  // Not connected by default on the NFC Shield

// Uncomment just _one_ line below depending on how your breakout or shield
// is connected to the Arduino:

// Use this line for a breakout with a SPI connection:
//Adafruit_PN532 nfc(PN532_SCK, PN532_MISO, PN532_MOSI, PN532_SS);

// Use this line for a breakout with a hardware SPI connection.  Note that
// the PN532 SCK, MOSI, and MISO pins need to be connected to the Arduino's
// hardware SPI SCK, MOSI, and MISO pins.  On an Arduino Uno these are
// SCK = 13, MOSI = 11, MISO = 12.  The SS line can be any digital IO pin.
//Adafruit_PN532 nfc(PN532_SS);

// Or use this line for a breakout or shield with an I2C connection:
Adafruit_PN532 nfc(PN532_IRQ, PN532_RESET);

위의 소스의 일부분에서 보여주는 것 처럼 SPI 부분을 주석처리 하고, I2C 부분을 활성화 시킵니다.

두개의 pin 연결이 아래처럼 추가되었습니다.

   PN531  | Arduino Nano
-------------------------
    VCC   |     5V
    GND   |     GND
    SDA   |     A4
    SDL   |     A5
    IRQ   |     D2
   RSTO   |     D3
-------------------------

결과는 인식률과 인식 속도가 엄청 빨라졌습니다.

결국 IRQ / RESET 핀이 준비상태 및 인식 처리를 추가로 담당한다는 것을 예상할 수 있습니다.

Serial Monitor 결과는 다음과 같습니다.

참고로 위의 소스로 신용카드 (버스카드) 를 인식 시키면 "Mifare Classic" 으로 읽어보라고 메시지가 뜹니다.

File > Examples > Adafruid PN532 > readMifareClassic 을 로드 시켜 봅니다.

뭔가 정보를 더 많이 뿌려줌과 동시에, "Mifare Classic" 이라고 이야기 해 줍니다.

조금 벗어난 이야기 이지만,

RFID / NFC 분야도 존재하는 규격이 많아서 chip 제조사로서는 골치가 아플 듯 합니다.

이것도 결국 기술 로열티와 표준 제정 이권싸움의 결과겠죠.

Thunderbolt 도, 결국은 Thunderbolt 3 = USB Type-C 로 통합되듯, 언젠가 RFID / NFC 도 통합이 되었으면 좋겠습니다.

5. SPI 연결

이제 SPI 연결을 시도해 봅니다. 역시 많은 데이터 교환은 I2C 보다는 SPI 방식입니다.

먼저, Software SPI 연결법 입니다.

   PN531  | Arduino Nano
-------------------------
    VCC   |     5V
    GND   |     GND
    SCK   |     D2
    MISO  |     D5
    MOSI  |     D3
    SS    |     D4
-------------------------

소스는 adafruit 의 것을 이용해 봅니다. (elechouse 것도 상관 없슴)

File > Examples > Adafruit PN532 > readMifare

이미 소스에서 SCK / MOSI / SS / MISO 의 pin 번호를 정희해 놨으므로, 그에 맞게 arduino 와 연결해 줍니다.

TIMEOUT! 이 뜨긴 합니다만, 결과는 아래와 같이 잘 나옵니다.

아무래도 Software SPI 여서 그런 듯 합니다.

역시 SPI 는 Hardware SPI 죠. Hardware SPI 법으로 구동해 봅니다.

   PN531  | Arduino Nano
-------------------------
    VCC   |     5V
    GND   |     GND
    SCK   |     D13
    MISO  |     D12
    MOSI  |     D11
    SS    |     D4
-------------------------

SS pin 은 어느 digital IO pin 이나 상관 없습니다.

이미 PN532_SS 를 4 번 pin 으로 정의해 놨으니, 그 pin 을 그대로 사용합니다.

나머지 pin 들은 각각의 arduino 에 맞게 연결하면 됩니다.

참고로 arduino nano 는 위의 주석에 설명되어 있는 것처럼 SCK = 13, MOSI = 11, MISO = 12 로 맞추면 됩니다.

이는 아래 그림처럼 실제 nano 의 pin out 과 동일합니다.

결과는 다음과 같이 나옵니다. TIMEOUT! 도 없고 인식도 가장 빠른것 같아요.

동영상도 올려 봅니다.

6. FeliCa 인식

FeliCa 가 된다고 하니, electhouse 소스의 FeliCa_Card_Read 를 실행해 봅니다.

File > Examples > elechouse_PN532 > FeliCa_Card_Read

실망스럽게도 PASMO 는 인식되지 않았습니다.

당연하게도 Mifare (ISO14443A) 카드들에게는 전혀 반응하지 않았구요.

단, 희한하게도 일본에서 사용했던 Times (한국의 SOCAR 같은 서비스) 카드는 이 소스로 읽혔습니다.

FeliCa 도 여러 종류가 있는 듯 합니다.

아쉽게도 지하철에 사용되는 FeliCa 인, 일본의 PASMO 와 싱가포르의 EZ-Link 는 어떤 소스에도 읽히지 않았습니다.

7. High Speed UART 연결

특이하게 HSU 라는 연결 방법을 제공합니다. 이는 High Speed UART 의 약자.

이 HSU 는 Hardware Serial (Serial1) 을 바탕으로 소스가 만들어졌습니다.

다만, 위의 표에서 보이듯이, Hardware Serial 를 사용하는 지라, 일부 arduino 에서는 Serial Monitor 를 열어서 확인할 수 없게 됩니다.

Arduino Nano 도 Hardware Serial 은 USB 통신에 점유되어 있어서 "Serial1" 을 사용할 수 없었습니다.

하늘이 무너져도 솟아날 구멍은 있다던가요, 가지고있는 arduino micro 에서는 사용 가능했습니다.

그럼 아래 source 를 arduino micro 에 업로드 해봅니다.

File > Examples > electhouse_PN532 > iso14443a_uid

PN532_HSU 쪽을 활성화면서 "Serial1" 을 사용하게 합니다.

Arudino micro 와의 pin 연결은 다음과 같습니다.

   PN531  | Arduino Micro
--------------------------
    VCC   |     5V
    GND   |     GND
    SDA   |     RX
    SDL   |     TX
--------------------------

잊지 말아야 할 것은, DIP switch 를 HSU 으로 설정해 둬야 합니다.

Arduino micro 의 RX / TX 와 연결하여 HSU 인겁니다.

오오오오! 느낌적으로 SPI 보다 더 빠른 듯 합니다. 이게 가장 빠르네요.

결과는 이렇게 보이구요.

동영상도 올려 봅니다.

그럼 arduino nano 처럼 Hardware Serial 여유가 없는 arduino 는 안되는거냐!

찾아보니 방법을 GitHub 의 설명에서 친절하게 알려주고 있었습니다.

아래 소스처럼 "SoftwareSerial.h" 를 이용하여 구현이 가능합니다.

우선 바로 아래는 Hardware Serial 로 구현된 부분을...

#include "PN532_HSU.h"
#include "PN532.h"

PN532_HSU pn532hsu(Serial1);
PN532 nfc(pn532hsu);

void setup(void)
{
	nfc.begin();
	//...
}

아래처럼 SoftwareSerial.h 를 추가하고 관련된 pin 을 정의해 주면 됩니다.

뭐, 관련된 함수를 "PN532_SWHSU.h" 에서 구현해 줘서 가능한 것이지만 말입니다.

#include "SoftwareSerial.h"
#include "PN532_SWHSU.h"
#include "PN532.h"

SoftwareSerial SWSerial( 10, 11 ); // RX, TX

PN532_SWHSU pn532swhsu( SWSerial );
PN532 nfc( pn532swhsu );

void setup(void)
{
	nfc.begin();
	//...
}

최종적으로 Hardware Serial 관련 부분을 주석처리 하고, SoftwareSerial 을 활성화 하는 코드를 추가하면 됩니다.

Pin 연결은 위에서 정의한 D10 과 D11 에 각각 연결하면 됩니다.

참고로, SDA 는 TX 이고, SDL 은 RX 이므로, SDA(TX) <--> D10 (RX), SDL(RX) <--> D11(TX) 가 됩니다.

   PN531  | Arduino Nano
-------------------------
    VCC   |     5V
    GND   |     GND
    SDA   |     D10
    SDL   |     D11
-------------------------

잘 구동합니다만, 뭔가 타이밍이 맞지 않은지 authentication fail 이 뜹니다.

소스코드에서 수정해야 할 부분이 있는듯 보입니다만, 확인이 어느정도 되었으니 패스.

8. 확인한 RFID / NFC 카드들

마지막으로, 본 포스트에서 확인용으로 사용된 카드들을 소개합니다.

위는 PN532 breakout board 를 구입하면 기본으로 딸려오는 tag 들 입니다. 하나는 원형, 하나는 카드 모양입니다.

위는 싱가포르 출장때 구입해서 사용했던 지하철 패스카드 입니다. 충전식이죠.

아쉽지만, 구입한 PN532 가 짝퉁이라서 못 읽는 것인지 모든 소스와 연결 방법에서 읽기를 실패했습니다.

마찬가지 FeliCa 인식에서 실패한 일본 PASMO 입니다. 일본에서 거주할때 신세를 졌었죠.

저의 회사 출입 카드 입니다. 5년전에 찍은 거라 얼굴이 지금보다 젊어 보이네요. ㅠㅠ

버스카드 겸용인 신용카드 입니다. Mifare Classic 입니다. 잘 읽힙니다.

전용 어플을 이용하면 RFID 정보도 덮어 씌기가 될 듯 한데, 이번에는 도전하지 않았습니다.

유일하게 읽힌 FeliCa 카드 입니다!

다른 소스에서는 전혀 읽히지 않았고, FeliCa Read 소스에서만 유일하게 읽힌 놈입니다.

일본에서 자가용을 운용할 여유가 안되어서, 잘 빌려서 타고 다녔습니다. (SOCAR 같은 서비스)

9. FIN

역시 아쉬운 점은 지하철용 FeliCa 를 읽을 수 없었다는 점 입니다.

뿌듯한건 모든 인터페이스 - HSU, Software HSU, I2C, I2C with RST, Hardware SPI, Software SPI - 모두를 확인해 봤다는 점 입니다.

기회가 되면, 아래 스샷처럼 NXP 에서 나온 어플을 가지고 완벽하게 debugging 을 해보고 싶습니다.

다만, PN544 breakout 보드가 5만원 이상이라는 것 때문에, 일단 여기서 멈춥니다.

1. upload 가 이상해

어느때 부턴가 arduino 에 sketch 를 upload 하면 다음과 같이 에러를 냈습니다. 뿜뿜~.

뭐지? 하고 찾아보다가 보니 bootloader 가 새롭게 업데이트 되면서 발생한 문제라고 하는군요.

Arduino IDE 가 업데이트 되면서 자동으로 바뀐것 같습니다.

기존에 선택되어 있던 "Processor : ATmega328P" 이 아니라...

아래와 같이 Processor 의 종류를 "ATmega328P (Old Bootloader)" 로 바꾸어서 upload 하면 해결 됩니다.

Tools > Processor > ATmega328P (Old Bootloader)

찾아보니 이런 내용이 올라와 있네요.

제가 즐겨 쓰는 arduino nano 버전에 사용되는 ATmega328P 에만 관련이 있어 보입니다. (Uno 도 마찬가지?)

* Getting Started with the Arduino Nano

- https://www.arduino.cc/en/Guide/ArduinoNano

일단 해결은 되었으니, 당시에는 급하게 Bootloader 까지 업데이트 할 필요는 없었습니다.

2. Bootloader 를 업데이트 해보자

새로 올라온 Nano 용 Bootloader 는 몇가지 장점이 있다고 합니다.

* Arduino Nano ATmega328P bootloader difference

- https://arduino.stackexchange.com/questions/51866/arduino-nano-atmega328p-bootloader-difference

1. Optiboot will not go into an endless reset loop after a watchdog reset. ATmegaBOOT will.

2. Optiboot expects the upload communication at 115200 baud. ATmegaBOOT, 57600.

This is the reason why the old boards don't work with the Tools > Processor > ATmega328P selection and vice versa.

watchdog 을 리셑 후, 무한루프에 빠지는 문제와, 통신 속도가 달라졌다고 합니다. (저는 못느꼈던 부분....)

추가로 Bootloader 가 작아지면서, 더 많은 소스를 올릴 수 있게 되었다지만, 여분의 부분을 사용하게끔은 아직 안되었다고 하네요.

여분의 메모리 공간 활용을 위해서, 새 Bootloader 는 Optiboot 는 Uno 와 동일하므로,

Nano 이지만, 편법으로 Uno 로 설정하고 Bootloader 를 입히면 된다 합니다.

아직 큰 소스를 제작하지도 않는지라, Uno 용으로 Bootloader 를 입히는 것은 나중에 해보겠습니다.

3. Arduino as ISP 로 연결

궁금하니 새로운 Bootloader 를 올려보기로 합니다.

Bootloader 를 입히는 방법은 여러가지가 있습니다만,

저는 여분의 Arduino Nano / Micro 를 상호 사용하여 Bootloader 를 입히는 방법으로 진행합니다.

이때 사용되는 interface 는 ICSP header 를 사용합니다.

지금까지 arduino 를 사용하면서, 이 ICSP header 가 필요할까? 했는데, 이럴 때 필요하네요.

새롭게 Bootloader 를 입힐 arduino 는 ICSP 에 연결하고,

PC 와 연결되는 arduino 는 ISP 모드로 사용됩니다.

그럼 하나하나 진행해 볼까요.

4. Pin 연결

ISP 모드로 연결되는 arduino 를 SOURCE 라고 칭하고, 새로운 Bootloader 가 입히게 될 arduino 를 TARGET 이라고 하겠습니다.

TARGET 의 ICSP header 와 SOURCE 의 pin 이 어떻게 연결되는지 표로 만들어 봤습니다.

아래는 Arduino Micro 가 SOURCE 로 했기 때문에,

Nano 나 다른 기존일 때에는 거기에 맞는 FUNCTION pin 을 찾아서 연결해 주면 됩니다.

Function | SOURCE (Micro) | TARGET ICSP (Nano)
----------------------------------------------
  MISO   |      MISO      |       1
  5V     |      5V        |       2
  SCK    |      SCK       |       3
  MOSI   |      MOSI      |       4
  RESET  |      D10       |       5
  GND    |      GND       |       6
----------------------------------------------

각 Nano 및 Micro 의 pin 의 FUNCTION 과 ICSP header 정보는 다음 그림을 참고해 보세요.

Micro 는 Nano 와 조금 다른 pinout 을 가지므로 주의해야 합니다.

회로도는 다음과 같습니다.

실제로 연결한 사진은 다음과 같습니다.

5. SOURCE 에 올리는 sketch

다음으로, ISP 모드로 연결될 SOURCE 는 "ArduinoISP" sketch 가 올라가 있어야 합니다.

이 소스는 Arduino IDE 가 설치되어 있으면, 기본으로 가지고 있는 소스 입니다.

File > Examples > 11.ArduinoISP > ArduinoISP

저의 경우는 SOURCE 가 Arduino Micro 이므로, 이 micro 에 upload 해주었습니다.

위처럼 Programmer 를 "AVRISP mkII" 에서 "Arduino as ISP" 로 바꾸어 줍니다.

Board      | Arduino Nano
Processor  | ATmega328P
Port       | COM6 --> Port connected arduino as a SOURCE
Programmer | Arduino as ISP

위의 그림과 조금 다르지만, 새로운 소스는 이제 Old Bootloader 가 아니므로

Processor 에서 "ATmega328P" 로 정의해 주면 됩니다.

추가로 주의할 점은,

Programmer 에서 비슷하게 생긴 "ArduinoISP" 항목이 있지만, 속지 말고 "Arduino as ISP" 을 선택해줘야 합니다.

이제 준비가 완료 되었습니다.

6. 쉽게 끝나지 않는다

그렇죠... 이렇게 쉽게 끝나면 아쉽죠.

모든 글을 참조하여 잘 따라 했는데도 불구하고 실패합니다.

"Device signature = 0x000000" 이라는 문구가 중국 복제품이라서 그런가? 라는 생각도 해봤습니다.

중국 복제품은 아래처럼 Unknown board 라고 표시가 되거든요.

그래서, 이 부분을 강제적으로 메모리에 덮어 씌울 수 있는 방법이 없는가도 찾아 봤습니다.

없더군요... (Atmel Studio 라는게 있지만 잘 안됨...)

그래도 안되길래, ICSP header 접속시 1번 pin 을 잘못 인식하여 5V 를 엄한데 꽂아버려

chip 이 타버렸나 생각해 보기도 했습니다. 그렇게 되면 얼마 하지 않지만 또 구입해야 하니까 매우 번거럽게 됩니다.

참고로, 여러 troubleshooting 하면서 알게된 글이 아래 사이트 입니다.

발생할 수 있는 모든 가능성에 대해, 그에 따른 대응방법을 자세하게 적어 놨습니다.

Bootloader 관련하여 문제가 생겼을 시, 어떻게 조치해야 하는지를 알려주는 성지와 같은 글 입니다.

* Have I bricked my Arduino Uno? Problems with uploading to board

- https://arduino.stackexchange.com/questions/13292/have-i-bricked-my-arduino-uno-problems-with-uploading-to-board

7. 심기 일전

다시 처음부터 시작한다는 마음으로

다음날 아침 일찍, 배선도 다시하고 ArduinoISP 도 새로 올려보고, 모든 과정을 다시금 천천히 해봤습니다.

음?!!!!!!!!!!

성공 했네요?!

"Done burning bootloader" 문구가 뜹니다.

성공한 로그를 첨부합니다.

- Bootloader_update_201812.txt

축하 동영상 올라 갑니다. 아래와 같이 SOURCE 와 TARGET LED가 서로 사이좋게 끔뻑끔뻑 하면 됩니다.

확인해봐야 겠죠?

Processor 를 "ATmega328P" 로 변경하고, 아무 sketch 나 올려 봅니다.

잘 되네요.

로그를 첨부합니다.

- Sketch_upload_201812.txt

첫날 연속 실패의 원인은, pin 을 잘못 연결하지 않았나로 추측해 봅니다.

역시 이 취미는 차분하게 해야 합니다.

8. 여러가지...

IDE 가 업데이트 되면서 지 맘대로 Bootloader 도 업데이트 할 수 있게 되었다면,

필시 그 파일이 존재할 터, 찾아봅니다.

C:\Program Files (x86)\Arduino\hardware\arduino\avr\bootloaders\optiboot

요놈!

Atmel Studio 를 잠깐 사용해 보면서 느낀 것은,

기존에 보유하고 있는 Arduino 의 상태에 대해 알아둘 필요가 있었습니다.

예를 들면, memory 크기나, 인식하는 code, Signature, Fuse bit 같은 것들.

아래 소스를 사용하면 ATmega 시리즈를 사용하는 Arduino 의 chip 현황을 자세하게 알 수 있습니다.

* nickgammon/arduino_sketches

- https://github.com/nickgammon/arduino_sketches

- arduino_sketches-master.zip

특히 "Atmega Board Detector" 를 사용하면 Bootloader 소스 뿐만 아니라 거의 모든 정보를 알 수 있습니다.

여기서도 연결은 Arduino as ISP + ICSP header 조합입니다.

우선 Arduino Nano 의 정보 입니다.

- Arduino_Nano_result.txt

Atmega chip detector.
Written by Nick Gammon.
Version 1.20
Compiled on Dec 10 2018 at 21:28:36 with Arduino IDE 10803.
Attempting to enter ICSP programming mode ...
Entered programming mode OK.
Signature = 0x1E 0x95 0x0F 
Processor = ATmega328P
Flash memory size = 32768 bytes.
LFuse = 0xFF 
HFuse = 0xDA 
EFuse = 0xFD 
Lock byte = 0xCF 
Clock calibration = 0x87 
Bootloader in use: Yes
EEPROM preserved through erase: No
Watchdog timer always on: No
Bootloader is 2048 bytes starting at 7800

Bootloader:

7800: 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 
7810: 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 0xFF 
...

이대로 끝나면 아쉬우니, Arduino Micro 도 확인해 봅니다.

Micro 는 ICSP header 의 1번 pin 자리가 살짝 다르니 주의해야 합니다. (아래 그림)

후후, 정상으로 돌아온 Arduino Nano 를 SOURCE 로 하고 Arduino Micro 를 확인해 보는 사진입니다.

Arduino Micro 의 정보 입니다.

- Arduino_Micro_result.txt

Atmega chip detector.
Written by Nick Gammon.
Version 1.20
Compiled on Dec 10 2018 at 21:28:36 with Arduino IDE 10803.
Attempting to enter ICSP programming mode ...
Entered programming mode OK.
Signature = 0x1E 0x95 0x87 
Processor = ATmega32U4
Flash memory size = 32768 bytes.
LFuse = 0xFF 
HFuse = 0xD8 
EFuse = 0xCB 
Lock byte = 0xEF 
Clock calibration = 0x71 
Bootloader in use: Yes
EEPROM preserved through erase: No
Watchdog timer always on: No
Bootloader is 4096 bytes starting at 7000

Bootloader:

7000: 0x5F 0xC0 0x00 0x00 0x78 0xC0 0x00 0x00 0x76 0xC0 0x00 0x00 0x74 0xC0 0x00 0x00 
7010: 0x72 0xC0 0x00 0x00 0x70 0xC0 0x00 0x00 0x6E 0xC0 0x00 0x00 0x6C 0xC0 0x00 0x00 
...

Micro는 Bootloader 가 훨씬 크네요.

USB 연결을 위한 chip 도 built-in 되어 있고, 나중에 나온 CPU 이니 확장이 많이 되어있는 듯 합니다.

FIN

뭐가 달라졌을까요?

Old Bootloader 를 일부러 선택하지 않아도 된다는 정도?

또한 가장 눈에 띄는건 Baud Rate 입니다.

19200 --> 115200 으로 바뀐걸 아래와 같이 알 수 있네요.

기존

         Using Port                    : COM6
         Using Programmer              : arduino
         Overriding Baud Rate          : 19200
         AVR Part                      : ATmega328P
         Chip Erase delay              : 9000 us
         PAGEL                         : PD7
         BS2                           : PC2
         RESET disposition             : dedicated
         RETRY pulse                   : SCK
         serial program mode           : yes
         parallel program mode         : yes
         Timeout                       : 200
         StabDelay                     : 100
         CmdexeDelay                   : 25
         SyncLoops                     : 32
         ByteDelay                     : 0
         PollIndex                     : 3
         PollValue                     : 0x53

NEW

         Using Port                    : COM6
         Using Programmer              : arduino
         Overriding Baud Rate          : 115200
         AVR Part                      : ATmega328P
         Chip Erase delay              : 9000 us
         PAGEL                         : PD7
         BS2                           : PC2
         RESET disposition             : dedicated
         RETRY pulse                   : SCK
         serial program mode           : yes
         parallel program mode         : yes
         Timeout                       : 200
         StabDelay                     : 100
         CmdexeDelay                   : 25
         SyncLoops                     : 32
         ByteDelay                     : 0
         PollIndex                     : 3
         PollValue                     : 0x53

1. 이제 때가 되었군

그렇습니다.

OLED 를 사용하다 보면, 커스텀 로고 새기는 방법을 익혀야 하는 경우가 몇번 있었습니다만,

대세에 지장이 없어서 무시하고 왔습니다.

그러나 UV Meter 를 가지로 놀려고 아래 링크를 따라해 보니,

커스텀 로고를 새기는 방법을 익혀야 할 때가 된걸 느꼈습니다.

* Arduino UV Meter using the UV31A Ultraviolet Sensor

- http://www.electronics-lab.com/project/arduino-uv-meter-using-uv30a-ultraviolet-sensor/

아래 그림처럼, 처음 시작을 커스텀 로고로 시작되는 것을 볼 수 있습니다.

또한, 예전에 VU Meter 를 만들 때, 제작자가 한번 언급한 경우도 있었습니다.

이때는 그냥 제작자 코드를 따라하기만 하면 되는거였죠.

* Hardware | SSD1306 monochrome OLED 를 가지고 VU meter 를 만들어보자

 - http://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-VU-meter-using-SSD1306-monochrome-OLED

자 그럼, 한번 시작해 볼까요?

2. Arduino micro 의 I2C 연결

여기서 잠깐.

평소 사용하는 Arduino Nano 와는 다르게, 요즘 자주 사용하고 있는 Arduino Micro 의 I2C pinout 이 달라 조금 헤매었습니다.

OLED 의 SCL / SDA 연결을 위해서는 D3 / D2 pin 을 이용해야 합니다.

 SSD1306  | Arduino Micro
--------------------------
   VCC    |     3.3V
   GND    |     GND
   SDL    |     D3
   SDA    |     D2
--------------------------

연결은 다음과 같아요.

3. OLED 의 너비와 높이를 구해보자

우선 사용할 OLED 의 가로, 세로 pixel 수를 구해야 합니다.

이는 최종적으로 만들 그림의 크기를 정하기 위한거죠.

연결한 OLED 에 가로, 세로 pixel 수를 알아보기 위해 아래 code 를 사용합니다.

#include "SPI.h"
#include "Wire.h"
#include "Adafruit_GFX.h"
#include "Adafruit_SSD1306.h"
 
#define OLED_RESET 4
Adafruit_SSD1306 display(OLED_RESET);

void setup() {
	display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C);
	display.clearDisplay();
	display.display();
}

void loop() {
	display.clearDisplay();
	
	display.setTextColor(WHITE);
	display.setCursor(0,0);
	display.setTextSize(2);
	display.println(display.width());
	display.print(display.height());
	
	display.display();
}

결과는 다음과 같습니다.

SSD1306 이지만 128x64 가 아닌, 128x32 군요.

높이가 일반적인 OLED 보다 반쪽이라서 그림을 신경써야 합니다.

4. 필요한 그림파일 찾기

UV Meter 를 위해서는, 우선 태양 그림이 필요합니다.

Googling 하여 태양 그림을 찾아 봅니다.

키워드는 "sun shining icon image" 로 검색했습니다.

주르륵 뜨는군요. 적당한 것을 하나 골라 봅니다.

5. 흑백 및 적당한 크기로

그림을 생성하기 위해 Paint.net 이라는 어플을 사용합니다.

* paint.net

- https://www.getpaint.net/

우선 OLED 의 크기가 128x32 이므로, 그림 크기를 OLED 크기에 맞게 생성해 줍니다.

태양 그림 파일을 불러와서 크기를 줄여줍니다.

OLED 가 32 이므로, 32로 하면 그림이 다 들어가겠지만, 그렇게 되면 너무 작아 보여,

64x64 로 줄여줍니다.

또한 OLED 에 표시하기 위해서는 on/off, 0/1, white/black 으로 표시해야 합니다.

최대한 근접하게 우선 Brightness / Contrast 를 설정해 줍니다.

Contrast 를 최대로 높히면 Bitmap 생성시 완전한 흑백으로 근접하게 만들 수 있습니다.

마지막으로 Windows 에 기본으로 들어 있는,

mspaint ( %windir%\system32\mspaint.exe ) 를 사용하여,

최종적으로 Monochrome BMP 파일로 생성해 줍니다.

Save as Monochrome Bitmap 으로 하면서 완전히 white/black 으로 변경됩니다.

6. LCD Assistant

이제 C 코드용 bitmap 을 만들어주는 어플을 다운로드 받아서 실행합니다.

* LCD Assistant

- http://en.radzio.dxp.pl/bitmap_converter/

실행한 후, 위에서 만든 파일을 load 합니다.

이제 "Save output" 으로 최종적으로 text 파일로 export 합니다.

Output 된 text 파일을 열어보면 아래와 같이 생성되어 있습니다.

Monochrome Bitmap 으로만 잘 만들면,

LCD Assistant 를 이용하여 C code map 을 만드는데 쉽게 진행됩니다.

7. OLED 에 커스텀 코드를 올려보자

C code map 을 array 로 올린 다음,

display.drawBitmap 을 이용하여 표현할 수 있는 준비가 되었습니다.

최종 코드는 다음과 같습니다.

#include "SPI.h"
#include "Wire.h"
#include "Adafruit_GFX.h"
#include "Adafruit_SSD1306.h"
 
#define OLED_RESET 4
Adafruit_SSD1306 display(OLED_RESET);

static const unsigned char PROGMEM UVMeter[] = {
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x01, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x03, 0x80, 0x00, 0x00, 0x00, 0x18, 0x03, 0x18, 0x01, 0x80, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x03, 0x80, 0x00, 0x00, 0x00, 0x1C, 0x03, 0x18, 0x03, 0x80, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x07, 0x80, 0x00, 0x00, 0x00, 0x1C, 0x03, 0x1C, 0x03, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x80, 0x07, 0xC0, 0x07, 0x00, 0x00, 0x1C, 0x03, 0x0C, 0x03, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0xC0, 0x0F, 0xC0, 0x0E, 0x00, 0x00, 0x1C, 0x03, 0x0C, 0x06, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0xE0, 0x0F, 0xE0, 0x3E, 0x00, 0x00, 0x1C, 0x03, 0x0E, 0x06, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0xF0, 0x0F, 0xF0, 0x7E, 0x00, 0x00, 0x1C, 0x03, 0x06, 0x06, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0xFC, 0x0F, 0xF8, 0xFE, 0x00, 0x00, 0x1C, 0x03, 0x06, 0x0C, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0xFF, 0xDF, 0xFD, 0xFE, 0x00, 0x00, 0x1C, 0x03, 0x07, 0x0C, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFE, 0x00, 0x00, 0x1C, 0x03, 0x03, 0x0C, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFE, 0x00, 0x00, 0x1C, 0x03, 0x03, 0x18, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x00, 0x00, 0x1C, 0x03, 0x03, 0x98, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x7F, 0xE0, 0x03, 0xFF, 0x00, 0x00, 0x1C, 0x07, 0x01, 0x98, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x7F, 0x03, 0xE0, 0x7F, 0x00, 0x00, 0x0C, 0x06, 0x01, 0xB0, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0xFC, 0x3F, 0xFE, 0x1F, 0x3F, 0xF0, 0x0E, 0x0E, 0x01, 0xF0, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x06, 0x0F, 0xF8, 0xFF, 0xFF, 0x8F, 0xFF, 0xC0, 0x07, 0xFC, 0x00, 0xF0, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x07, 0xFF, 0xF1, 0xFF, 0xFF, 0xC7, 0xFF, 0x80, 0x03, 0xF8, 0x00, 0xE0, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x03, 0xFF, 0xE7, 0xFF, 0xFF, 0xF3, 0xFF, 0x00, 0x00, 0x00, 0x60, 0x18, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x03, 0xFF, 0xCF, 0xFF, 0xFF, 0xF9, 0xFF, 0x00, 0x00, 0x00, 0x70, 0x38, 0x00, 0x20, 0x00, 0x00,
0x01, 0xFF, 0x9F, 0xFF, 0x7F, 0xFC, 0xFF, 0x00, 0x00, 0x00, 0x70, 0x38, 0x00, 0x20, 0x00, 0x00,
0x00, 0xFF, 0x9F, 0xF0, 0x07, 0xFC, 0xFE, 0x00, 0x00, 0x00, 0x58, 0x28, 0x38, 0x78, 0x38, 0x48,
0x00, 0x7F, 0x3F, 0xC0, 0x01, 0xFE, 0x7E, 0x00, 0x00, 0x00, 0x58, 0x68, 0x6E, 0x78, 0xCC, 0x7C,
0x00, 0x3E, 0x7F, 0x80, 0x00, 0xFF, 0x3E, 0x00, 0x00, 0x00, 0x48, 0x48, 0xC6, 0x20, 0x84, 0x60,
0x00, 0x1E, 0x7F, 0x00, 0x00, 0x7F, 0x3C, 0x00, 0x00, 0x00, 0x4C, 0xC8, 0xC2, 0x21, 0x86, 0x40,
0x00, 0x1E, 0x7E, 0x00, 0x00, 0x3F, 0x3C, 0x00, 0x00, 0x00, 0x4C, 0x88, 0xFE, 0x21, 0xFE, 0x40,
0x00, 0x3C, 0xFE, 0x00, 0x00, 0x3F, 0x9F, 0x00, 0x00, 0x00, 0x46, 0x88, 0x80, 0x21, 0x80, 0x40,
0x00, 0x7C, 0xFC, 0x00, 0x00, 0x1F, 0x9F, 0xF0, 0x00, 0x00, 0x47, 0x88, 0xC0, 0x21, 0x80, 0x40,
0x00, 0xFC, 0xFC, 0x00, 0x00, 0x1F, 0x9F, 0xFC, 0x00, 0x00, 0x43, 0x08, 0x42, 0x30, 0xC0, 0x40,
0x03, 0xFC, 0xFC, 0x00, 0x00, 0x1F, 0x9F, 0xFE, 0x00, 0x00, 0x43, 0x08, 0x7E, 0x1C, 0x7C, 0x40,
0x07, 0xFC, 0xFC, 0x00, 0x00, 0x1F, 0x9F, 0xFF, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
};


void setup() {
	display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C);
	display.clearDisplay();
	display.display();
}

void loop() {
	display.clearDisplay();
	
	display.drawBitmap(0, 0, UVMeter, 128, 32, WHITE);

	display.display();
}

짜잔~!!!

잘 나오는군요.

FIN

사실 이렇게까지 만드는데 거진 8시간정도 걸렸습니다.

Arduino micro 의 I2C pinout 이나, 순수한 Monochrome Bitmap 을 만드는 방법을 찾는데 많이 걸렸네요.

본 포스트가 다른 분들에게 많이 도움이 되었으면 합니다.

1. OLED display

지금가지 AliExpress 에서 쉽게 구할 수 있는 0.95 ~ 0.96 inch 짜리 OLED display 를 가지고 놀았습니다.

* SSD1306 128x64 0.96" monochrome OLED

- http://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-SSD1306-128x64-monochrome-OLED

* SSD1331 96x64 0.95" full color OLED

- http://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-SSD1331-96x64-full-color-OLED

추가로 지금 만들고 있는, "Safecast bGeigie Nano" 의 구성품을 보니, 마침 "Adafruit SSD1306 128x64 1.3inch" 가 달려있네요?!

* Hardware | Safecast bGeigie Nano 를 조립해 보자 - 1

- http://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-Safecast-bGeigie-Nano-1

이왕 OLED 를 가지고 놀기 시작한거, 끝가지 해보자 하고 구동시켜 봅니다.

조립 전에 제품이 정상작동 하는지도 보고싶구요.

Adafruit 는 거의 레퍼런스급 제품이고, AliExpress 을 통한 짝퉁 중국산이 아닌 제품으로 구동시켜 보는 것은 거의 처음인것 같습니다.

2. 외형

1.3" 다 보니, 지금까지의 0.95" / 0.96" 보다 확실히 큰 것을 느낄 수 있습니다.

뒷면입니다.

프린팅 된것도 선명하고, I2C로 사용시에는 SJ1 / SJ2 를 쇼트시키라고 표현도 되어 있습니다.

"5V READY" 라고 하네요. 자체 레귤레이터가 달려 있습니다.

단, 저는 기기에 무리를 주기 싫기 때문에 무조건 "3.3V" 로 구동시켜 보겠습니다.

그간 테스트 했던 OLED 와의 비교샷 입니다.

화면도 클 뿐만 아니라, pin 갯수도 많습니다.

SPI 대응도 되고 I2C 대응도 모두 될 수 있게 만들어져 있기 때문인것 같아요.

3.Layout

Pin 배열은 아래 link 를 참고하였습니다. (Adafruit 제조사 사이트)

- https://learn.adafruit.com/monochrome-oled-breakouts/wiring-1-dot-3-128x64

   Adafruit  |   Arduino
   SSD1306   |   Nano
----------------------------
     Data    |     D9
     Clk     |     D10
     SA0(DC) |     D11
     Rst     |     D13
     CS      |     D12
     3v3     |
     Vin     |     3.3V
     GND     |     GND
----------------------------

실제 배선 모양입니다.

4.Sketch

소스는 Arduino IDE 에서,

아래처럼 "File > Examples > Adafruit SDD1306 > ssd1306_128x64_spi" 를 선택하면 됩니다.

원본 소스는 다음과 같습니다.

5. 구동

실제 구동한 동영상 입니다.

소스 코드와 제품 자체가 모두 Adafruit 가 만든 것이니 당연 잘 됩니다.

거기에 Arduino 진영과 Adafruit 가 협력하여 만든 Arduino Micro 까지 구비하여 구동해 봤습니다. (완전체)

당연 잘 돌아 갑니다.

이제 3형제 다 모여서 구동시켜 봅니다.

확실히 Adafruit 제품의 구동 속도가 제일 빠릅니다.

소스 및 pin 배열을 Hardware SPI 로 변경하고 동작시키면 더 빠르겠지요?

FIN

이제 OLED는 거의 다 사용해 본것 같네.