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이번 글에서는 Raspberry Pi zero W (이하 RPI zero)에 IO 모듈을 연결하여 이더넷을 추가하는 방법을 정리해 본다.

사용 제품은 WIZnet의 WIZ850io 라는 모듈로, 이더넷 칩인 W5500 기반이며 RJ45 커넥터를 포함하고 있다.

W5500은 hardwired TCP/IP가 내장된 이더넷 컨트롤러 칩으로, SPI 통신을 지원한다. 임베디드 시스템 등에 쉽게 인터넷 연결을 추가할 수 있도록 도와준다.

WIZ850io 모듈의 상세 정보는 아래 링크에서 확인할 수 있다.

RPI zero에 SPI 인터페이스를 통해 WIZ850io 모듈을 연결하여 이더넷을 추가할 것이다. 이더넷을 추가하면, 무선랜(WiFi)보다 안정적으로 인터넷을 사용할 수 있다.

아래 그림은 각 네트워크(WiFi / Ethernet)에 대해 연결된 공유기로 ping을 날려 본 결과이다.

무선랜(WiFi: wlan0)만 사용 시 유선랜(ethernet: eth0)만 사용 시

이는 환경에 따라 달라질 수 있지만 안정성의 차이를 확인할 수 있는 정도는 된다고 생각한다.

그럼 본격적으로 설정을 시작해 보자.

과정은 크게 다음과 같이 나눌 수 있다.

두 편으로 나누어 진행하며, 본 글에서는 RPI zero 초기 설정과 kernel compile에 대한 내용을 다룰 것이다.

개발 환경

개발 환경은 다음과 같다. Raspbian은 커널 호환 테스트 문제로 최신 버전이 아닌 2018-03-13 버전을 사용했다.

  • Ubuntu 16.04 64bit VM (for cross-compile)

  • Raspbian version

    • 2018-03-13-raspbian-stretch-lite (Linux kernel 4.9.80+)

Pin 연결

아래는 RPI zero와 WIZ850io의 pin 연결 정보이다.

각각의 Pinmap은 다음 링크에서 확인할 수 있다. RPI zero의 경우 방향이 헷갈릴 수 있는데, micro sd card 슬롯이 있는 쪽부터 1번이라고 보면 된다.

RPI zero WIZ850io
6 (GND) GND
1 (3.3V) 3.3V
23 (SPI0_SCLK) SCLK
19 (SPI0_MOSI) MOSI
21 (SPI0_MISO) MISO
18 (BCM24) RSTn
15 (BCM22) INTn
24 (SPI0_CE0) SCNn

Pin을 모두 연결하면 아래 사진과 같은 모습이 된다.

Raspberry Pi Zero W - WIZ850io

Raspberry pi kernel compile

Raspberry pi를 위한 커널 컴파일 방법은 아래 링크에 잘 설명되어 있다.

이 글에서는 RPI zero를 위한 cross compile 방법을 간략히 정리한다.

Cross compile을 진행할 ubuntu 환경에서 다음 과정을 진행한다.

필수 패키지 설치 및 toolchain 설정

$ sudo apt-get install git bc
$ sudo apt-get install libncurses5-dev libncursesw5-dev
# Toolchain 설치
$ git clone https://github.com/raspberrypi/tools ~/tools
$ echo PATH=\$PATH:~/tools/arm-bcm2708/gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-raspbian-x64/bin >> ~/.bashrc
$ source ~/.bashrc

Kernel source download

사용할 Raspbian 이미지와 커널 버전을 맞추기 위해 다운받을 브랜치 버전을 설정해 주었다.

각 Raspbian 버전의 커널 정보는 다음 링크에서 볼 수 있다.

# 특정 버전 download
git clone --depth=1 --branch rpi-4.9.y https://github.com/raspberrypi/linux

# (참고) Latest version download
git clone --depth=1 https://github.com/raspberrypi/linux

Kernel configuration (for RPI zero)

다운로드가 완료되었으면, 커널 configuration 및 W5500 드라이버를 위한 menuconfig 설정을 진행한다.

$ cd linux
$ KERNEL=kernel
$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- bcmrpi_defconfig

# W5500 driver 설정
$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- menuconfig

menuconfig 화면

menuconfig 검색 창

’/’를 입력하여 검색 창을 띄우고, wiznet 키워드로 검색한다.

검색 결과에서 방향키나 page up/down 버튼을 누르면 페이지를 이동할 수 있고, 번호를 입력하면 해당 옵션으로 이동된다.

W5500 설정 전

여기에서 두 옵션을 활성화한다.

‘WIZnet W5100 Ethernet support’ 선택

위 옵션을 활성화하면 아래 옵션이 추가로 나타난다.

‘WIZnet W5100/W5200/W5500 Ethernet support for SPI mode’ 선택

새로 나타난 옵션도 선택해준다.

W5500 설정 후

마지막에 저장하겠냐는 팝업이 나타난다.

  • 참고: 옵션 선택 방법
    • 상하 방향키를 이용해 설정할 메뉴로 이동한 후 스페이스 바를 눌러 선택한다.
    • 한번 누르면 (module), 두번 누르면 <\*> (built-in)이 되며, 여기에서는 모듈 형태로 컴파일한다.
    • 선택을 완료했으면 좌우 방향키를 이용해 하단의 메뉴 중 Exit를 선택 후 enter 키를 눌러 빠져나가며, 마지막에 팝업이 나타나면 Yes를 선택해 설정을 저장한다.

Kernel compile

설정이 완료되었으면 compile을 진행한다.

$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- zImage modules dtbs -j4

컴파일이 완료되기까지는 시간이 꽤 걸린다. 30분~1시간 정도 걸렸던 것 같은데, 이는 PC 사양에 따라 달라질 수 있다.

우리가 사용할 커널 이미지와 모듈은 각각 다음 경로에 생성된다. 아래 파일들을 raspberry pi로 복사해야 한다.

  • Kernel image:
    • linux/arch/arm/boot/zImage
  • modules:
    • linux/drivers/net/ethernet/wiznet/w5100.ko & w5100-spi.ko

sd card를 이용해 직접 복사하는 방법도 있지만, 여기에서는 파일 개수가 많지 않기 때문에 scp라는 파일 전송 툴을 이용하기로 한다. 이 때 RPI zero와 PC 간 통신이 가능한 상태여야 한다.

아래 명령어를 사용해 파일을 복사하자.

$ scp arch/arm/boot/zImage pi@<RPI zero IP address>:/home/pi
$ scp drivers/net/ethernet/wiznet/*ko pi@<RPI zero IP address>:/home/pi

여기까지 글을 마무리 하고, 다음 글에서 Device tree 작성 및 적용, 테스트 까지 진행해 본다.

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