무선 연결을 위해 Raspberry Pi 3 및 BeagleBoards를 구성하는 방법

저비용 Raspberry Pi 단일 기판 컴퓨터는 산업 표준 Debian Linux에서 프로그래밍할 수 있는 저렴한 컨트롤러 기판을 시스템 설계자들에게 제공함으로써 큰 성공을 거뒀습니다. 지금까지 Pi에 부족했던 기능은 통합 무선 기능이었습니다. Raspberry Pi A와 B 그리고 Pi2의 경우 무선 연결을 만들려면 외부 Wi-Fi 또는 Bluetooth 동글이 필요했습니다. 이 기판의 최신 버전인 Raspberry Pi 3에는 주파수가 1.2GHz로 높아진 64비트 쿼드 코어 ARM^® Cortex^®-A53 프로세서가 추가되고 이전 기판과 거의 비슷한 가격에 Wi-Fi 및 Bluetooth Smart 4.0이 모두 추가되었습니다. 출시 몇 개월 전부터 시험 생산을 거쳤으며 Seeed와 같은 제조업체에서 주문할 수 있습니다.

이 기판은 라우터나 게이트웨이에 손쉽게 연결하여 센서의 데이터를 제공하거나 스마트폰이나 인터넷 연결 터미널의 제어를 제공할 수 있으므로 사물 인터넷(IoT)에서의 기판 활용 기회를 크게 넓혀줍니다. 또한 쿼드 코어 프로세서는 데이터를 로컬에서 분석하고 더 다양한 제어 알고리즘을 로컬에서 실행하며 더 빠른 응답을 제공할 수 있는 처리 성능을 제공합니다.

이러한 여러 IoT 응용 제품에는 화면이 사용되지 않으므로 기판은 '헤드리스' 방식으로 구성됩니다. 이 경우 터미널 이더넷 연결 또는 직렬 콘솔 케이블을 사용합니다. 이러한 연결을 위한 소프트웨어는 기판에 삽입되는 SD 카드의 Raspbian 운영 체제와 함께 포함된 표준 소프트웨어 이미지에 포함되어 있습니다.

Raspbian은 Debian Linux를 기반으로 하며 Raspberry Pi Foundation의 라이브러리로 주기적으로 업데이트되며 NOOBS 설치 애플리케이션을 통해 기판에 설치됩니다. 하지만 Foundation은 SD 카드의 루트 파티션을 다른 ARM Linux 배포판으로 간편하게 바꿀 수 있도록 만들었기 때문에 다른 운영 체제를 사용할 수 있습니다. 이러한 배포판은 연결 전에 PC나 랩톱에서 카드로 다운로드하여 기판에서 사용할 수 있습니다.

그림 1: Raspberry Pi 3 기판은 1.2GHz 쿼드 코어 ARM Cortex-A53 프로세서와 동일한 기판에 Wi-Fi 및 Bluetooth Smart를 추가합니다.

Raspbian을 사용할 때 무선 연결을 구성하는 첫 번째 단계는 로컬 네트워크 검색입니다. 이 단계는 다음 형식의 sudo 명령을 사용하여 수행합니다.

: sudo iwlist wlan0 scan

이 명령은 모든 Wi-Fi 네트워크의 목록과 보안 연결 및 기타 세부 정보를 반환합니다.

기판을 연결하기 위해 선택된 Wi-Fi 네트워크의 이름이 ESSID(Extended Service Set Identification) 아래에 나열됩니다. 여기에는 WEP, WPA 또는 WPA2와 같은 사용 중인 인증 방법도 포함됩니다.

이는 구성 파일에 필요한 데이터를 제공하며, 다음 명령을 사용하여 액세스합니다.

: sudo nano /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf

파일 아래쪽에 로컬 네트워크로 변경해야 하는 Wi-Fi 설정이 있습니다.

network= 블록에서 ssid="" 항목을 로컬 네트워크로 변경하고 psk=""를 Wi-Fi 비밀번호로 변경해야 합니다.

키보드에서 CTRL+X를 누르고 Y를 눌러 구성 파일을 저장하고 Enter 키를 눌러 확인합니다. 구성 파일은 일반적으로 몇 초 내에 업데이트되어 Wi-Fi 네트워크 연결을 시도합니다. Wi-Fi에 연결되지 않는 경우 sudo reboot로 재부팅해야 할 수 있습니다. 연결에 성공하면 ifconfig 명령으로 확인할 수 있습니다.

: ifconfig wlan0

inet addr 필드에 IP 주소가 반환되면 연결에 성공한 것이며 이 IP 주소는 기판에 원격으로 연결할 때 유용합니다.

Bluetooth 주변 장치 연결

Raspberry Pi 3의 장점 중 하나는 내장된 Bluetooth 기능입니다. 이를 통해 Bluetooth 주변 장치를 기판에 손쉽게 연결하여 IoT 네트워크를 구축할 수 있습니다.

Bluetooth 장치를 연결하는 가장 좋은 방법은 Raspbian 운영 체제에 포함된 명령줄 인터페이스에서 bluetoothctl 명령을 사용하는 것입니다.

다른 운영 체제의 경우 다음 명령을 사용하여 Bluetooth 모듈을 설치할 수 있습니다.

: sudo apt-get install pi-bluetooth

bluetoothctl을 실행하려면 다음 명령으로 Bluetooth 칩을 켜야 합니다.

: power on

이렇게 하면 이전에 기판에 연결되었던 장치 목록이 제공됩니다. 다음 

: scan on

명령을 사용하면 근처의 Bluetooth 장치를 찾는 검색 모드로 들어갑니다.

그런 다음 기판과 주변 장치의 페어링을 처리할 에이전트를 켜야 합니다.

: agent on

페어링을 수행하려면 주변 장치의 MAC 주소가 필요하며 이 주소는 일반적으로 주변 장치에 인쇄되어 있습니다. 다음 명령을 사용하여 입력합니다.

: pair MAC Address

Bluetooth 키보드와 같은 주변 장치의 경우 비밀번호를 묻는 메시지가 나타날 수도 있습니다.

주변 장치를 자주 사용하는 경우에는 다음 명령을 사용하여 신뢰하는 장치에 추가할 수 있습니다.

: trust MAC address

그런 후 다음 명령을 사용하여 연결합니다.

: connect MAC address

BeagleBone Green

BeagleBone Green과 같은 널리 사용되는 기타 저비용 단일 기판 컴퓨터에는 기판에 무선 기능이 내장되어 있지 않기 때문에 Wi-Fi 연결을 제공하도록 구성하려면 어댑터나 동글이 필요합니다. 사용하는 동글에 따라 다를 수 있지만, 일반적으로 운영 체제를 통해 처리되며, BeagleBone Green의 경우 Debian Linux 배포판의 버전 3.8입니다.

그림 2: BeagleBone Green 기판은 ARM Cortex-A8 코어를 사용하는 1GHz Sitara 프로세서를 사용합니다.

기판 내장형 Wi-Fi 연결의 한 가지 문제는 Grove 포트의 접지 및 전력 플레인이 Wi-Fi 어댑터를 꽂는 USB 포트 옆에 있다는 점입니다. 이로 인해 신호가 약해져서 연결이 약해질 수 있습니다. 대다수의 헤드리스 내장형 애플리케이션에서는 이러한 포트가 필요 없으며 이 경우 장치 트리를 사용하여 끌 수 있습니다. 이를 위한 명령은 uEnv.tx 파일에서 찾을 수 있습니다.

다른 방법은 짧은 USB 연장 케이블로 Wi-Fi 어댑터를 기판에서 조금 떨어뜨려서 문제를 예방할 수 있습니다.

또한 기판에는 Wi-Fi 어댑터를 위한 충분한 전력이 있어야 하므로 최소 1A 전류의 5V 공급이 필요합니다.

두 경우 모두, 첫 번째 단계는 SSH를 사용하여 기판의 USB 포트를 PC에 연결하는 것입니다. 또한 다음을 통해 Wi-Fi 어댑터에 최신 라이브러리를 사용할 수 있도록 커널 업그레이드를 수행해야 합니다.

: cd /opt/scripts/tools/

: ./update_kernel.sh

커널 이미지가 다운로드되어 자동으로 설치된 다음 재부팅됩니다.

기판이 부팅될 때 어댑터를 자동으로 켜는 작은 스크립트를 추가하면 여러 어댑터를 모두 사용할 수 있습니다. 이 기능은 다음과 같이 처리됩니다.

: cd ~

: ntpdate -b -s -u pool.ntp.org

: apt-get update && apt-get install git

: git clone https://github.com/adafruit/wifi-reset.git

: cd wifi-reset

: chmod +x install.sh

: ./install.sh

이 스크립트는 기판이 부팅될 때 자동으로 어댑터를 켠 다음 iwconfig 명령을 실행하여 /etc/network/interfaces 파일이 적절한 연결을 지정하는 데 필요한 ESSID와 사용 가능한 네트워크 목록을 가져옵니다.

파일 구성에는 nano 편집기 명령을 사용합니다.

: nano /etc/network/interfaces

이렇게 하면 주석 처리된 Wi-Fi 구성 블록이 표시됩니다.

# WiFi Example

#auto wlan0

#iface wlan0 inet dhcp

#    wpa-ssid "essid"

#    wpa-psk  "password"

주석 처리를 제거하고 ESSID 및 비밀번호를 관련 네트워크 이름과 비밀번호로 바꾸면 어댑터가 구성됩니다. ifup wln0 명령을 사용하여 연결을 수동으로 테스트할 수 있습니다. 이 경우 연결의 IP 주소가 반환되는데 이는 기판 주소를 원격으로 지정할 때 유용합니다. 이제 기판을 재부팅하면 어댑터를 켜고 네트워크 연결을 구성하는 스크립트가 실행됩니다.

결론

Raspberry Pi 3 기판에 Wi-Fi 및 Bluetooth Smart가 추가됨에 따라, 개발자는 간단한 구성 프로세스를 통해 헤드리스 내장형 애플리케이션을 더욱 다양하게 개발할 수 있습니다. 이를 통해 PC, 스마트폰 및 클라우드 서비스에서 원격으로 기판에 손쉽게 연결할 수 있습니다. 하지만 다른 기판의 사용자도 무선 어댑터를 사용하여 이와 동일한 수준의 기능을 제공할 수 있습니다.