VesiScan BASIC - Zephyr (nRF Connect SDK)

nRF52840 기반 VesiScan BASIC 펌웨어의 Zephyr 포팅 프로젝트

현재 구현 상태

Stage	내용	상태
1	GPIO + 전원 래치 + 버튼 상태머신	완료
1	LED 제어 (green/orange 패턴)	완료
2	BLE 스택 + NUS (advertising, 연결, 재연결)	완료
3	배터리 ADC (AIN2, 12bit)	완료
3	IMU 내부 온도 센서	완료
3	IMU ICM42670P (I2C0)	완료
3	피에조 TX + mux 제어	완료
3	ADC121S051 echo capture (nrfx SPIM3)	완료
3	BLE 커맨드 파서 (TAG+DATA+CRC16)	진행중
4	MCUboot + MCUmgr BLE DFU 설정	진행중
4	Flash 저장소 (NVS/settings, piezo config)	완료
-	BLE 보안 (본딩, 패스키)	미구현
-	HW/SN/Passkey 저장/복원	미구현

프로젝트 구조

blinky/
├── CMakeLists.txt                          # 빌드 설정 (소스 파일 등록)
├── prj.conf                                # Kconfig 설정 (기능 ON/OFF)
├── boards/
│   └── nrf52840dk_nrf52840.overlay         # Devicetree Overlay (핀 매핑)
└── src/
    ├── main.c                              # 메인 진입점 + 부팅 시퀀스 + 버튼 상태머신
    ├── main.h                              # 전역 상수/변수/타입 정의
    ├── debug_print.h                       # 디버그 출력 매크로 (RTT)
    ├── parser.c / .h                       # BLE 커맨드 파서 (TAG+DATA+CRC16)
    ├── power_control.c / .h                # 전원 시퀀스 상태머신
    ├── ble/
    │   └── ble_service.c / .h              # BLE NUS 서비스 (advertising, 연결, TX/RX)
    └── drivers/
        ├── battery/
        │   └── battery_adc.c / .h          # 배터리 전압 ADC (AIN2, 12bit)
        ├── echo_adc/
        │   └── echo_adc.c / .h             # ADC121S051 echo capture (SPIM3)
        ├── imu/
        │   └── imu_i2c.c / .h              # ICM42670P IMU (I2C0)
        ├── led/
        │   └── led_control.c / .h          # LED 패턴 제어 (k_timer 기반)
        ├── piezo/
        │   └── piezo.c / .h                # 피에조 전원, mux, SW burst

빌드 방법

일반 빌드

소스 파일(.c/.h)만 변경한 경우

Pristine Build

아래 파일을 변경한 경우 반드시 Pristine Build:

• prj.conf (Kconfig 설정)
• boards/*.overlay (Devicetree 핀 매핑)
• CMakeLists.txt (소스/include 경로 추가)

nRF Connect for VS Code → Build 패널 → Pristine Build 또는 build 폴더 삭제 후 빌드

핀 매핑 (Devicetree Overlay)

이름	핀	방향	역할
PWR_HOLD	P0.08	Output, Active HIGH	전원 래치
BUTTON_CHECK	P1.08	Input, Pull-up, Active LOW	전원 버튼
LED_BLE	P0.12	Output, Active LOW	초록 LED
FUNCTION_LED	P0.29	Output, Active LOW	주황 LED
ADC AIN2	P0.04	Analog Input	배터리 전압 분압
I2C0 SCL	P1.14	I2C	ICM42670P SCL
I2C0 SDA	P1.15	I2C	ICM42670P SDA
PIEZO_PWR	P1.09	Output, Active HIGH	피에조 전원 enable
PIEZO_PE	P0.25	Output, Active HIGH	피에조 pulse enable
PIEZO_P_OUT	P1.07	Output	피에조 P 출력
PIEZO_N_OUT	P1.06	Output	피에조 N 출력
PIEZO_DMP	P1.00	Output	피에조 dump
MUX_EN_A	P0.21	Output	피에조 mux enable A
MUX_EN_B	P0.23	Output	피에조 mux enable B
MUX_SEL0	P1.10	Output	피에조 mux select 0
MUX_SEL1	P0.28	Output	피에조 mux select 1
ECHO_SCLK	P0.14	SPIM/GPIO	ADC121S051 SCLK
ECHO_MISO	P0.15	SPIM/GPIO	ADC121S051 MISO
ECHO_CS	P0.19	Output, Active LOW	ADC121S051 CS

UART0은 P0.08 충돌 방지를 위해 비활성화 (status = "disabled")

전원 버튼 동작

동작	조건	결과
부팅 (OFF→ON)	2초 이상 홀드	전원 래치 + LED 깜빡임 + BLE advertising
무시	부팅 후 2초 미만 릴리스	전원 OFF (래치 안 됨)
전원 OFF (ON→OFF)	버튼 놓은 뒤 다시 2초 홀드	advertising 중지 + LED OFF + 3초 후 전원 차단

BLE 커맨드 프로토콜

패킷 포맷

[TAG 4바이트] [DATA N바이트] [CRC16 2바이트]

• TAG: ASCII 4글자 (예: msn?, mfv?)
• DATA: uint16 little-endian 값들
• CRC16: CRC-CCITT (초기값 0xFFFF)
• 응답 TAG: 첫 글자 m → r (예: msn? → rsn:)

구현된 커맨드

커맨드	응답	기능
msn?	rsn: + uint16 mV	배터리 전압 측정
mls?	rls: + state	LED 상태 변경
msp?	rsp: + accel/gyro	IMU 단발 측정
mst?	rso: + int16 cdeg	IMU 내부 온도 측정
mpa?	rpa: + status	피에조 전원 ON
mpb?	rpb: + status	피에조 전원 OFF
mpc?	rpc: + cycles/status	피에조 burst 테스트
mec?	reb: + raa:	단일 채널 echo capture (reb: includes session/ch info)
mad?	reb: + raa:	burst 없이 ADC capture (reb: includes session/ch info)
maa?	reb: x6 + raa:	6채널 echo sweep (reb: includes session/ch info)
mbb?	rbb: + reb: x6 + raa:	배터리+IMU+온도+6채널 echo (reb: includes session/ch info)
mcf?	rcf:	측정 파라미터 읽기(현재 설정값 반환)
mcs?	rcs: + current config	측정 파라미터 쓰기 + NVS 저장
mfv?	rfv:	FW version 읽기
mrh?	rrh:	HW version 읽기(RAM/default)
mwh?	rwh:	HW version 쓰기(RAM only)
mrs?	rrs:	Serial number 읽기(RAM/default)
mws?	rws:	Serial number 쓰기(RAM only)
mqz?	rqz:	Passkey 읽기(RAM/default)
mpz?	rpz:	Passkey 쓰기(RAM only)

전체 커맨드 목록

#	내용	명령	응답	비고
1	전원 OFF	msq?	rsq:	미구현
2	재부팅	mss?	rss:	미구현
3	본딩 삭제 + 재부팅	msr?	rsr:	미구현
4	LED 상태	mls?	rls:	구현 완료
5	HW Version 읽기	mrh?	rrh:	구현 완료, RAM/default
6	HW Version 쓰기	mwh?	rwh:	구현 완료, RAM only
7	Serial Number 읽기	mrs?	rrs:	구현 완료, RAM/default
8	Serial Number 쓰기	mws?	rws:	구현 완료, RAM only
9	FW Version 읽기	mfv?	rfv:	구현 완료
10	Passkey 읽기	mqz?	rqz:	구현 완료, RAM/default
11	Passkey 쓰기	mpz?	rpz:	구현 완료, RAM only
12	배터리 측정	msn?	rsn:	구현 완료
13	IMU 단발 측정	msp?	rsp:	구현 완료
14	온도 측정	mst?	rso:	구현 완료
15	피에조 전원 ON	mpa?	rpa:	구현 완료
16	피에조 전원 OFF	mpb?	rpb:	구현 완료
17	피에조 burst 테스트	mpc?	rpc:	구현 완료, freq_option은 아직 미사용
18	단일 채널 측정	mec?	reb: → raa:	구현 완료, 테스트용
19	ADC only 측정	mad?	reb: → raa:	구현 완료, burst 없음
20	모든 채널(6) 측정	maa?	reb:(6개) → raa:	구현 완료
21	전체 측정	mbb?	rbb: → reb:(6개) → raa:	구현 완료
22	측정 파라미터 읽기	mcf?	rcf:	구현 완료, 현재 설정값 반환
23	측정 파라미터 쓰기	mcs?	rcs:	구현 완료, NVS 저장

남은 포팅 작업

항목	현재 상태	다음 작업
NVS/settings	piezo config 저장/복원 구현 완료	HW/SN/Passkey 저장으로 확장
측정 파라미터	piezo_config 구조체 사용	실제 하드웨어에서 값별 파형 검증
mcs?	구현 완료	앱/테스트툴에서 쓰기 후 재부팅 유지 확인
HW/SN/Passkey 저장	RAM only	mwh?, mws?, mpz? 값을 NVS에 저장
BLE 보안	CONFIG_BT_SMP=n, dev mode	bonding, fixed passkey, MITM/LESC 적용
BLE DFU	MCUboot/mcumgr 설정 있음	SMP 광고/업로드/리셋 후 confirm 검증

디버그 로그 (RTT)

• VS Code: nRF Connect 패널 → Connected Devices → 보드 선택 → 터미널 아이콘
• J-Link RTT Viewer: Connection: USB, Target Device: NRF52840_XXAA

로그 태그

태그	내용
[BTN]	버튼 이벤트 (2s 홀드, 릴리스)
[PWR]	전원 래치 ON/OFF
[BOOT]	부팅 시퀀스 완료
[BLE]	BLE 연결/해제/advertising/파라미터
[BLE RX]	NUS 수신 데이터 (hex dump)
[NUS TX]	NUS 송신
[CMD]	커맨드 파서 처리 결과
[BATT]	배터리 ADC 측정값
[IMU]	IMU 초기화/측정
[ECHO]	ADC121S051 echo capture
[PIEZO]	피에조 mux/burst/power
[MBB]	전체 측정 시퀀스
[DFU]	MCUboot 이미지 상태
[SYS]	슬립 진입

prj.conf 주요 설정

설정	값	역할
CONFIG_GPIO	y	GPIO 드라이버
CONFIG_LOG	y	로깅 시스템
CONFIG_LOG_BACKEND_RTT	y	RTT 로그 출력
CONFIG_SERIAL	n	UART 비활성화 (P0.08 충돌 방지)
CONFIG_BT	y	BLE 스택
CONFIG_BT_NUS	y	Nordic UART Service
CONFIG_BT_L2CAP_TX_MTU	247	MTU 크기
CONFIG_BT_CTLR_TX_PWR_PLUS_8	y	TX power +8dBm
CONFIG_ADC	y	ADC 드라이버 (배터리)
CONFIG_I2C	y	IMU I2C 드라이버
CONFIG_NRFX_SPIM	y	ADC121S051용 nrfx SPIM
CONFIG_BOOTLOADER_MCUBOOT	y	MCUboot 사용
CONFIG_MCUMGR_TRANSPORT_BT	y	BLE mcumgr transport
CONFIG_NVS	y	NVS 플래시 저장소
CONFIG_SETTINGS	y	Zephyr settings subsystem
CONFIG_SETTINGS_NVS	y	settings NVS backend
CONFIG_BT_SMP	n	BLE 보안 비활성화(개발 모드)