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2026-04-12 19:16:14 +09:00
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commit 17a78d4418
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@@ -0,0 +1,425 @@
+# VesiScan-Basic — 시스템 전체 파이프라인
+
+## 목차
+
+1. [전체 동작 개요](#1-전체-동작-개요)
+2. [부팅 및 BLE 연결 흐름](#2-부팅-및-ble-연결-흐름)
+3. [커맨드/응답 테이블](#3-커맨드응답-테이블)
+4. [msp? 흐름 (1초 주기 IMU)](#4-msp-흐름-1초-주기-imu)
+5. [mbb? 흐름 (10초 주기 전체 측정)](#5-mbb-흐름-10초-주기-전체-측정)
+6. [구현 현황](#6-구현-현황)
+7. [핀 배치 전체 정리](#7-핀-배치-전체-정리)
+8. [IMU 테스트 가이드](#8-imu-테스트-가이드-msp)
+9. [다음 구현 순서](#9-다음-구현-순서)
+
+---
+
+## 1. 전체 동작 개요
+
+```
+[앱]  ──BLE NUS──  [디바이스]
+  │                     │
+  │── msp? (1초마다) ──▶  │ IMU 측정 → rsp: (accel+gyro)
+  │                     │
+  │── mbb? (10초마다) ──▶ │ 6ch 피에조 측정 + 배터리/IMU/온도
+  │                     │  → rbb: (센서 번들)
+  │◀── rbb: ────────────│
+  │◀── reb: × 6 ────────│  (채널별 echo 데이터)
+  │◀── raa: ────────────│  (완료)
+```
+
+---
+
+## 2. 부팅 및 BLE 연결 흐름
+
+```
+[부팅]
+  │
+  ▼
+전원 버튼 2초 유지
+  │
+  ▼
+P0.08 래치 ON  (전원 자가유지)
+  │
+  ▼
+HW 초기화
+  ├─ GPIO, LED
+  ├─ Battery ADC (SAADC AIN2)
+  ├─ IMU (I2C0, ICM42670P @ 0x68)
+  ├─ Temperature ADC (SAADC AIN3, TMP235-Q1)
+  ├─ [TODO] Piezo 드라이버 (GPIO + SW burst)
+  └─ [TODO] Echo ADC (SPIM3, ADC121S051)
+  │
+  ▼
+BLE 스택 초기화 (NUS)
+  │
+  ▼
+Advertising 시작  →  LED: 파란불 깜빡임
+  │
+  ▼
+앱 연결됨          →  LED: 연결 표시
+  │
+  ▼
+앱에서 주기적 커맨드 수신
+  ├─ msp? (1초마다)
+  └─ mbb? (10초마다)
+```
+
+---
+
+## 3. 커맨드/응답 테이블
+
+| 커맨드 | 설명 | 응답 | 주기 | 구현 상태 |
+|---|---|---|---|---|
+| `msp?` | IMU 1회 측정 | `rsp:` (accel+gyro, 12B) | 1초 | ✅ 완료 |
+| `mbb?` | 전체 측정 (센서+피에조 6ch) | `rbb:` + `reb:` ×6 + `raa:` | 10초 | ❌ 미구현 |
+| `maa?` | 피에조 6ch 단독 측정 | `reb:` ×6 + `raa:` | 수동 | ❌ 미구현 |
+| `msn?` | 배터리 전압 단독 측정 | `rsn:` (mV) | 수동 | ✅ 완료 |
+| `mls?` | LED 상태 설정 | `rls:` (state echo) | 수동 | ✅ 완료 |
+
+---
+
+## 4. msp? 흐름 (1초 주기 IMU)
+
+```
+앱 → msp?
+        │
+        ▼
+    imu_read(accel, gyro)
+      ├─ GYRO_CONFIG0 = 0x09  (±2000dps, 100Hz)
+      ├─ ACCEL_CONFIG0 = 0x29 (±4g, 100Hz)
+      ├─ PWR_MGMT0 = 0x0F     (low-noise ON)
+      ├─ 80ms 대기             (자이로 스타트업)
+      ├─ 0x0B부터 12바이트 읽기
+      └─ PWR_MGMT0 = 0x00     (슬립)
+        │
+        ▼
+    rsp: [accel X(2)] [accel Y(2)] [accel Z(2)]
+         [gyro  X(2)] [gyro  Y(2)] [gyro  Z(2)]
+         [CRC16(2)]  = 18 bytes
+```
+
+**구현 상태: ✅ 완료**
+- `src/drivers/imu/imu_i2c.c` — ICM42670P I2C 드라이버
+- `src/parser.c` — `msp?` 핸들러, `rsp:` 응답
+
+---
+
+## 5. mbb? 흐름 (10초 주기 전체 측정)
+
+```
+앱 → mbb?
+        │
+        ▼
+    [Phase 1] 피에조 6채널 캡처 (타이밍 크리티컬)
+    ┌──────────────────────────────────────────────┐
+    │ piezo_power_on()   ← PWR_EN=HIGH, 3ms 대기   │
+    │ echo_adc_init()    ← SPIM3 초기화            │
+    │                                              │
+    │ for ch = 0 ~ 5:                              │
+    │   piezo_select_channel(ch)  ← MUX, 1.3ms    │
+    │   for avg = 0 ~ 2:          ← 3회 평균       │
+    │     piezo_burst_sw(5)       ← 2.1MHz SW burst│
+    │     delay 20us                               │
+    │     echo_adc_capture(buf, 100)  ← SPIM3     │
+    │   channel_data[ch] = 평균값                  │
+    └──────────────────────────────────────────────┘
+        │
+        ▼
+    [Phase 2] 센서 측정 (피에조 캡처 완료 후)
+    ┌──────────────────────────────────────────────┐
+    │ battery_read_mv()       → info_batt (mV)     │
+    │ imu_read(accel, gyro)   → info_imu[6]        │
+    │ temperature_read()      → info_temp (°Cx100) │
+    └──────────────────────────────────────────────┘
+        │
+        ▼
+    [Phase 3] BLE 전송
+    ┌──────────────────────────────────────────────┐
+    │ rbb: [batt(2)][IMU(12)][temp(2)][CRC(2)]     │
+    │      = 20 bytes                              │
+    │                                              │
+    │ for ch = 0 ~ 5:                              │
+    │   reb: [num_samples(2)][raw(200)][CRC(2)]    │
+    │        = 204 bytes per channel               │
+    │                                              │
+    │ raa: [status(2)][CRC(2)] = 8 bytes           │
+    └──────────────────────────────────────────────┘
+        │
+        ▼
+    piezo_power_off()
+```
+
+**rbb: 패킷 포맷**
+```
+[r][b][b][:] [batt_L][batt_H]
+             [imu0_L][imu0_H] ... [imu5_L][imu5_H]   ← accel XYZ + gyro XYZ
+             [temp_L][temp_H]
+             [CRC_L][CRC_H]
+= 4 + 2 + 12 + 2 + 2 = 22 bytes
+```
+
+**reb: 패킷 포맷 (채널당)**
+```
+[r][e][b][:] [num_samples_H][num_samples_L]
+             [s0_H][s0_L] [s1_H][s1_L] ... [s99_H][s99_L]
+             [CRC_L][CRC_H]
+= 4 + 2 + 200 + 2 = 208 bytes
+```
+
+---
+
+## 6. 구현 현황
+
+### ✅ 완료
+
+| 모듈 | 파일 | 기능 |
+|---|---|---|
+| BLE NUS | `src/ble/ble_service.c` | advertising, 연결, RX/TX |
+| 전원 제어 | `src/power_control.c`, `src/main.c` | 버튼 상태머신, 래치, 슬립 |
+| LED | `src/drivers/led/led_control.c` | 상태별 LED 패턴 |
+| 배터리 ADC | `src/drivers/battery/battery_adc.c` | SAADC AIN2, 주기 모니터링 |
+| IMU | `src/drivers/imu/imu_i2c.c` | ICM42670P I2C (SCL=P1.14, SDA=P1.15) |
+| 온도 센서 | `src/drivers/temperature/tmp235.c` | TMP235-Q1, SAADC AIN3 (P0.05) |
+| 파서 | `src/parser.c` | `msn?`, `mls?`, `msp?` |
+
+#### SAADC 채널 공유 (배터리 ↔ 온도)
+
+배터리(AIN2)와 온도(AIN3)는 nRF52840 SAADC 하나를 공유한다.
+
+**nRF5 SDK에서는** 채널 전환 시 `nrfx_saadc_uninit()`을 명시적으로 호출하지 않으면 다음 `nrfx_saadc_channel_init()` 호출에서 `NRFX_ERROR_BUSY`가 발생하는 문제가 있었다.
+
+**Zephyr에서는** `adc_channel_setup_dt()` + `adc_read_dt()` 내부적으로 init/uninit 처리가 되므로 명시적 uninit 불필요. `battery_read_mv()`와 `temp_read_cdeg()` 모두 읽기 전에 `adc_channel_setup_dt()`를 호출하여 해당 채널로 SAADC를 재설정하기 때문에 임의 순서로 교대 호출해도 정상 동작한다.
+
+> 단, 두 함수를 **서로 다른 스레드에서 동시에** 호출하면 안 됨. mbb? 핸들러에서 직렬로 호출하는 한 문제없음.
+
+### 🔲 테스트 필요
+
+| 모듈 | 테스트 방법 | 확인 항목 |
+|---|---|---|
+| 배터리 ADC (`msn?`) | RTT 로그 확인 + 앱에서 `msn?` 전송 | 아래 테스트 가이드 참고 |
+| 온도 센서 | RTT 로그 확인 | 아래 테스트 가이드 참고 |
+| IMU (`msp?`) | RTT 로그 확인 + 앱에서 `msp?` 전송 | 아래 테스트 가이드 참고 |
+
+#### 배터리 ADC 테스트 가이드 (msn?)
+
+**1. 부팅 시 확인 (RTT 로그)**
+
+`[1] HW Init` 단계에서 아래 줄이 나와야 함:
+```
+[BATT] ADC init OK (DT-based, ch=2, res=12, os=2)
+```
+
+실패 패턴:
+
+| 로그 | 원인 | 조치 |
+|---|---|---|
+| `[BATT] ADC device not ready` | SAADC 드라이버 초기화 실패 | `CONFIG_ADC=y` 확인, overlay channel@2 확인 |
+| `[BATT] Channel setup failed (err -x)` | 채널 설정 실패 | overlay AIN2 설정 확인 |
+
+**2. msn? 전송 시 확인 (RTT 로그)**
+
+앱에서 `msn?` 전송 시 아래 형식으로 출력됨:
+```
+[CMD] msn -> 3800 mV
+```
+- 정상 범위: 3500 ~ 4200 mV (완충 4200mV, 저전압 경고 3500mV)
+- 3500mV 미만이 10회 연속이면 자동 전원 OFF
+
+**3. BLE 응답 패킷 포맷**
+```
+[r][s][n][:] [mV_H][mV_L] [CRC_L][CRC_H]  = 8 bytes
+```
+
+---
+
+#### 온도 센서 테스트 가이드 (TMP235)
+
+**1. 부팅 시 확인 (RTT 로그)**
+
+`[1] HW Init` 단계에서 아래 줄이 나와야 함:
+```
+[TEMP] OK — TMP235 ch=3, res=12, os=2
+```
+
+실패 패턴:
+
+| 로그 | 원인 | 조치 |
+|---|---|---|
+| `[TEMP] FAIL — ADC device not ready` | SAADC 드라이버 초기화 실패 | overlay channel@3 확인 |
+| `[TEMP] FAIL — channel setup (err=-x)` | 채널 설정 실패 | overlay AIN3 설정 확인, P0.05 핀 확인 |
+
+**2. 측정 시 확인 (RTT 로그)**
+
+`temp_read_cdeg()` 호출 시 아래 형식으로 출력됨:
+```
+[TEMP] raw=1234 -> 25.50 C
+```
+- 실온(25°C) 기준 raw 값 약 1404 (V = 750mV, raw = 750 × 4095 / 3600 ≈ 853)
+  > 실제 분압 회로가 있으면 값이 다를 수 있음, 첫 측정값 보고 판단
+- `INT16_MIN(-32768)` 반환 시 ADC 읽기 실패
+
+**3. mbb? 패킷 내 위치**
+```
+rbb: ... [temp_L][temp_H] ...   ← °C × 100 단위 (25.50°C = 2550)
+```
+
+---
+
+#### IMU 테스트 가이드 (msp?)
+
+**1. 부팅 시 확인 (RTT 로그)**
+
+`[1] HW Init` 단계에서 아래 줄이 나와야 함:
+```
+[IMU] OK — ICM42670P detected (WHOAMI=0x67, addr=0x68)
+```
+
+실패 패턴:
+
+| 로그 | 원인 | 조치 |
+|---|---|---|
+| `[IMU] FAIL — I2C bus not ready` | Zephyr I2C 드라이버 초기화 실패 | `CONFIG_I2C=y` 확인, overlay 확인 |
+| `[IMU] FAIL — WHOAMI read error (check SCL=P1.14, SDA=P1.15)` | I2C 통신 자체 실패 | 핀 납땜/연결 확인, 풀업 저항 확인 |
+| `[IMU] FAIL — WHOAMI mismatch (got=0x00, expected=0x67)` | 버스는 살아있으나 응답 이상 | I2C 주소(0x68) 확인, AD0 핀 상태 확인 |
+
+**2. msp? 전송 시 확인 (RTT 로그)**
+
+앱에서 `msp?` 전송 시 아래 형식으로 출력됨:
+```
+[IMU] msp: A=( 12345, -1234,  3210) G=(   100,   -50,   200)
+```
+- `A=` : 가속도 XYZ (int16, ±4g 풀스케일 → 1g ≈ 8192)
+- `G=` : 자이로 XYZ (int16, ±2000dps 풀스케일 → 1dps ≈ 16.4)
+- 디바이스 수평 정치 시 Z축 가속도 약 `+8192` 근처, 자이로 `0` 근처 (±수십 이내)
+
+실패 패턴:
+
+| 로그 | 원인 |
+|---|---|
+| `[IMU] FAIL — gyro config write (ret=-5)` | I2C TX 에러 |
+| `[IMU] FAIL — data read (ret=-5)` | I2C RX 에러 |
+| BLE로 `rsp: 0xFFFF` 수신 | 위 에러 발생 시 앱으로 전송되는 에러 응답 |
+
+**3. BLE 응답 패킷 포맷**
+```
+[r][s][p][:] [AX_H][AX_L] [AY_H][AY_L] [AZ_H][AZ_L]
+             [GX_H][GX_L] [GY_H][GY_L] [GZ_H][GZ_L]
+             [CRC_L][CRC_H]  = 18 bytes
+```
+
+### ❌ 미구현
+
+| 모듈 | 목표 파일 | 필요 기능 |
+|---|---|---|
+| 피에조 드라이버 | `src/drivers/piezo/piezo.c` | SW burst (2.1MHz), MUX, 전원 제어 |
+| Echo ADC | `src/drivers/echo_adc/echo_adc.c` | ADC121S051, SPIM3 @ 16MHz |
+| `maa?` 커맨드 | `src/parser.c` 추가 | 피에조 6ch 단독 측정 → `reb:` ×6 + `raa:` |
+| `mbb?` 커맨드 | `src/parser.c` 추가 | 전체 측정 오케스트레이션 → `rbb:` + `reb:` ×6 + `raa:` |
+
+---
+
+## 7. 핀 배치 전체 정리
+
+| 신호 | 핀 | 방향 | 모듈 | 상태 |
+|---|---|---|---|---|
+| POWER_HOLD | P0.08 | OUT | 전원 래치 | ✅ |
+| POWER_BTN | P1.08 | IN | 전원 버튼 | ✅ |
+| LED_BLE | P0.12 | OUT | 파란 LED | ✅ |
+| LED_FUNC | P0.29 | OUT | 주황 LED | ✅ |
+| BATT_ADC | P0.04 (AIN2) | AIN | 배터리 ADC | ✅ |
+| IMU_SCL | P1.14 | I2C | ICM42670P | ✅ |
+| IMU_SDA | P1.15 | I2C | ICM42670P | ✅ |
+| TEMP_ADC | P0.05 (AIN3) | AIN | TMP235-Q1 | 🔲 |
+| PIEZO_PWR_EN | P1.09 | OUT | DC/DC +/-20V | ❌ |
+| PIEZO_PE | P0.25 | OUT | Pulse Enable | ❌ |
+| PIEZO_P_OUT | P1.07 | OUT | 양극 출력 | ❌ |
+| PIEZO_N_OUT | P1.06 | OUT | 음극 출력 | ❌ |
+| PIEZO_DMP | P1.00 | OUT | Dump | ❌ |
+| MUX_EN_A | P0.21 | OUT | MUXA 활성화 | ❌ |
+| MUX_EN_B | P0.23 | OUT | MUXB 활성화 | ❌ |
+| MUX_SEL0 | P1.10 | OUT | MUX 채널 선택 | ❌ |
+| MUX_SEL1 | P0.28 | OUT | MUX 채널 선택 | ❌ |
+| ECHO_SCLK | P0.14 | SPI | ADC121S051 CLK | ❌ |
+| ECHO_MISO | P0.15 | SPI | ADC121S051 DATA | ❌ |
+| ECHO_CS | P0.19 | OUT | ADC121S051 CS | ❌ |
+
+---
+
+## 8. IMU 테스트 가이드 (msp?)
+
+### 부팅 시 확인 (RTT 로그)
+
+부팅 직후 `[1] HW Init` 단계에서 아래 줄이 나와야 함:
+
+```
+[IMU] OK — ICM42670P detected (WHOAMI=0x67, addr=0x68)
+```
+
+#### 실패 패턴별 원인
+
+| 로그 | 원인 | 조치 |
+|---|---|---|
+| `[IMU] FAIL — I2C bus not ready` | Zephyr I2C 드라이버 초기화 실패 | `CONFIG_I2C=y` 확인, overlay 확인 |
+| `[IMU] FAIL — WHOAMI read error (check SCL=P1.14, SDA=P1.15)` | I2C 통신 자체 실패 | 핀 납땜/연결 확인, 풀업 저항 확인 |
+| `[IMU] FAIL — WHOAMI mismatch (got=0x00, expected=0x67)` | 버스는 살아있으나 응답 이상 | I2C 주소(0x68) 확인, AD0 핀 상태 확인 |
+
+---
+
+### msp? 커맨드 전송 시 확인 (RTT 로그)
+
+앱에서 `msp?` 전송 시 아래 형식으로 출력됨:
+
+```
+[IMU] msp: A=( 12345, -1234,  3210) G=(   100,   -50,   200)
+```
+
+- `A=` : 가속도 XYZ (int16, ±4g 풀스케일 → 1g ≈ 8192)
+- `G=` : 자이로 XYZ (int16, ±2000dps 풀스케일 → 1dps ≈ 16.4)
+- 디바이스가 수평으로 놓여 있으면 Z축 가속도가 약 `+8192` 근처여야 함
+- 자이로는 정지 상태에서 `0` 근처 (±수십 이내)
+
+#### 실패 패턴
+
+| 로그 | 원인 |
+|---|---|
+| `[IMU] FAIL — gyro config write (ret=-5)` | I2C TX 에러 (부팅 후 재연결 문제) |
+| `[IMU] FAIL — data read (ret=-5)` | I2C RX 에러 |
+| BLE로 `rsp: 0xFFFF` 수신 | 위 에러 발생 시 앱으로 전송되는 에러 응답 |
+
+---
+
+### BLE 응답 패킷 확인
+
+정상 수신 시 앱에서 받는 `rsp:` 패킷 포맷:
+
+```
+[r][s][p][:] [AX_H][AX_L] [AY_H][AY_L] [AZ_H][AZ_L]
+             [GX_H][GX_L] [GY_H][GY_L] [GZ_H][GZ_L]
+             [CRC_L][CRC_H]
+= 18 bytes
+```
+
+---
+
+## 9. 다음 구현 순서
+
+```
+Step 1  ✅ 온도 센서 (tmp235.c) — 완료, 테스트 필요
+
+Step 2  피에조 드라이버 (piezo.c)
+          └─ GPIO 초기화, MUX, SW burst (NOP 기반, nrf HAL 직접 사용)
+          └─ CONFIG_NRFX_GPIOTE=y 추가
+
+Step 3  Echo ADC (echo_adc.c)
+          └─ SPIM3 초기화, 연속 샘플 캡처
+          └─ CONFIG_NRFX_SPIM3=y 추가
+
+Step 4  maa? 커맨드 (parser.c 추가)
+          └─ 피에조 6ch 측정 + BLE 전송 (reb: ×6 + raa:)
+          └─ 센서 번들 없음 — 피에조/ADC 단독 검증용
+
+Step 5  mbb? 커맨드 (parser.c 추가)
+          └─ 배터리 + IMU + 온도 + 피에조 6ch 전체 오케스트레이션
+          └─ rbb: + reb: ×6 + raa:
+```