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	온도 센서 TMP235 (AIN3)	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
        └── temperature/
            └── tmp235.c / .h               # TMP235 온도 센서 (AIN3)

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
ADC AIN3	P0.05	Analog Input	TMP235 온도 센서
I2C0 SCL	P1.14	I2C	ICM42670P SCL
I2C0 SDA	P1.15	I2C	ICM42670P SDA
PIEZO_PWR	P1.09	Output, Active HIGH	피에조/TMP235 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	TMP235 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
maa?	reb: x6 + raa:	6채널 echo sweep
mbb?	rbb: + reb: x6 + raa:	배터리+IMU+온도+6채널 echo
mcf?	rcf:	측정 파라미터 읽기(현재 설정값 반환)
mcs?	rcs: + status	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	모든 채널(6) 측정	maa?	reb:(6개) → raa:	구현 완료
20	전체 측정	mbb?	rbb: → reb:(6개) → raa:	구현 완료
21	측정 파라미터 읽기	mcf?	rcf:	구현 완료, 현재 설정값 반환
22	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, 온도)
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)