아두이노 우노/메가 시리얼 포트에서 가능한 최대 통신속도는?

아두이노 우노/메가 하드웨어 시리얼 포트를 사용하는 경우 가장 빠른 속도는 얼마까지 가능할까?

ATmega 프로세서에서 사용하는 USART는 UBRRn 레지스터와 UCSRnA에 있는 U2Xn 플래그로 통신 속도가 결정된다. 프로세서 클럭이 분주되어 USART의 클럭으로 들어가는데 가장 빠르게 설정하면 (UBRRn = 0, U2Xn = 1 로 설정) 프로세서 클럭이 8분주 되어 USART에 들어가게 된다.

아두이노 우노/메가는 16MHz 클럭을 사용하므로 USART에는 2MHz의 클럭이 들어가게 되어 최대 2Mbps의 속도로 시리얼 통신이 가능하게 된다.

테스트를 위해 간단한 코드를 만들어 실행시켜 보았다.

위의 화면에서  볼 수 있듯이 깔끔하게 출력이 되고 있다.

확실하게 확인하기 위해 오실로 스코프로 신호를 잡아 보았다.

먼저 9600 bps일때의 파형이다.

2초 간격으로 'A'를 출력하고 있는 코드이다. 'A'의 아스키코드 값은 65(0x41)이므로 2진수로 하면 01000001 이 된다. 시리얼 출력의 경우 먼저 1비트 길이의 start bit (무조건 '0') + 8비트 데이터 + 1비트 길이의 stop bit(무조건 '1')가 전송되고 데이터의 경우 LSB부터 먼저 전송되게 된다. 그러므로 위의 화면과 같이 0(start bit) 1(LSB) 0 0 0 0 0 1 0(MSB) 1(stop bit) 이 전송된다. 한 비트의 길이는 약 105us, 즉 9.5238Khz의 신호가 된다.

2Mbps일때의 파형이다. 기본적으로 9600 bps일때와 동일한 모양이나 한 비트 길이가 500ns, 즉 2MHz의 신호가 된다.

Serial Proxy - 네트웍을 통해서 시리얼 포트를 사용하기

Serproxy (Serial Proxy)는 시리얼 포트의 입출력을 TCP/IP 네트웍을 통해 리다이렉션 시켜주는 멀티쓰레드 프락시 소프트웨어이다. 작은 임베디드 보드의 경우 시리얼 포트만 가지고 있고 tcp/ip 스택을 가지고 있지 않아서 네트웍을 통해 연결을 할 수 없는 경우가 많다. 이런 경우 serproxy를 사용하면 원격지에 있는 디바이스를 네트웍을 통해 제어할 수 있게 된다.

그 이외에도 플래쉬나 다른 프로그래밍 언어로 사용자 인터페이스를 만드는 경우 해당 언어에서 시리얼 포트를 제어하는 라이브러리를 제공해주지 않으면 시리얼 포트를 사용할 수가 없지만 serproxy를 사용하면 소켓 프로그래밍 인터페이스를 사용해서 시리얼 포트로 데이터를 주고 받을 수 있다.

(a) 시리얼 포트를 직접 억세스하는 경우

(b) Serial proxy를 사용하는 경우

위의 그림 (b)에서는 serproxy를 실행하는 컴퓨터와 그 시리얼 포트를 사용하는 컴퓨터를 따로 그려 놨지만 한 컴퓨터에서 serproxy를 실행하고 같은 컴퓨터에서 소켓 프로그램으로 시리얼 포트를 억세스 할 수도 있다. (제어 프로그램을 플래시로 만드는 경우 경우 플래시에서 시리얼 포트를 직접 억세스 할 수 없기 때문에 이런 방법을 사용해야 한다. 이 경우 destination ip: localhost, port: cfg파일에 설정한 포트번호로 억세스 하면 된다.)

여기서 소스 및 윈도우용 바이너리 파일을 다운받을 수 있다.

맥용 바이너리 파일은 아래에서 다운받으면 된다.

serproxy-0.1.3-3.zip

압축을 열어보면 serproxy와 serproxy.cfg 가 있는데 serproxy.cfg는 /usr/local/etc에 serproxy는 /usr/local/bin에 복사해주고 자신의 환경에 맞게 serproxy.cfg를 바꿔주면 된다.

# 시리얼 포트에서 오는 뉴라인('\n')을 nils('\00') 으로 변환

# 플래시의 경우 끝에 nils가 오지 않으면 앞부분을 해석하지 않기 때문에 이 기능이 필요하다. true (e.g. 플래시를 사용하는 경우 or false

newlines_to_nils=true

# 사용할 시리얼 포트, 여기서는 2개를 사용하는 경우, 각각 1, 2가 된다.

comm_ports=1,2

# 디폴트 설정

comm_baud=19200

comm_databits=8

comm_stopbits=1

comm_parity=none

# 아이들 타임아웃

timeout=300

# 포트 맵핑 설정, 즉 시리얼 포트 1은 TCP포트 5531을 통해, 시리얼 포트 2는 TCP포트 5532를 통해 사용할 수 있음

net_port1=5331

net_port2=5332

# 각 시리얼 포트 디바이스 이름

serial_device1=/dev/tty.usbserial

serial_device2=/dev/tty.usbserial-3B1