WS2812와 APA102의 차이 비교 (Comparison between WS2812 and APA102)

개별 칼라를 제어할 수 있는 LED strip으로 가장 많이 쓰이는 것이 WS2812B(Adafruit에서는 NeoPixel 이라는 제품명으로 판매)이다. 전원라인(+5V, GND)을 제외하면 단 한개의 신호선으로 수백개의 LED를 제어할 수 있어 매우 편리하다.

하지만 별도의 클럭신호 선 없이 한개의 신호선으로 데이터를 전송하다 보니 타이밍에 매우 민감하다. 아두이노용 WS2812 라이브러리(Adafruit_NeoPixel 등) 소스를 열어 본 사람들은 알겠지만 데이터를 전송하는 부분 코드는 타이밍을 정밀하게 맞춰주기 위해 전송중에는 인터럽트도 disable시켜 놓고 어셈블리 코드로 하드코딩 되어 있다.

최대 800KHz의 속도로 데이터를 전송하는데 만일 128개의 LED를 구동한다고 하면 한번 색을 변경하는데 약 4ms 정도의 시간이 걸리게 된다. 즉 이 시간동안은 프로세서가 다른 작업은 커녕 심지어 인터럽트도 안 걸리고 LED에 데이터를 보내야만 한다.
이는 특히 라즈베리 파이같이 OS를 사용하는 경우 매우 치명적이다. 물론 라즈베리 파이에서도 WS2812를 사용할 수 있게 DMA를 사용해 데이터를 전송하는 라이브러리가 나와 있긴 하지만 이런 라이브러리는 portability가 거의 없다. 즉 라이브러리를 가져다 다른데 포팅하는것이 매우 힘들다.

그래서 이런 문제를 해결한 비슷한 종류의 LED가 몇 종류 나와 있다. 그 중 하나가 APA102이다.

우선 WS2812와 가장 큰 차이점은 전원선(+5V, GND)외에 두개의 신호선(Data, Clk)이 있다는 것이다. (WS2812는 1개의 신호선(Data)만 있음)

그래서 SPI 버스의 MOSI, SCK 에 Data, Clk를 연결해서 SPI 방식으로 데이터를 보내주면 된다. 실제 데이터 전송은 SPI가 담당하기 때문에 프로세서가 데이터를 전송하는 동안 기다릴 필요도 없고 타이밍을 신경 쓸 필요도 없기 때문에 라이브러리 코드도 훨씬 간단해진다.

데이터 전송도 SPI 클럭 기준으로 이루어지기 때문에 16MHz의 속도로도 충분히 전송이 가능하다. (WS2812에 비해 20배 이상의 속도) 그래서 POV같이 LED 색이 빠른 속도로 바뀌어야 하는 경우 WS2812는 전환속도가 느려 적합하지 않지만 APA102는 충분히 빠르게 색을 바꿔줄 수 있다.

라즈베리 파이에서도 DMA를 사용하지 않아도 충분하기 때문에 순전히 파이선으로 만든 라이브러리도 있다.

https://github.com/tinue/APA102_Pi