OpenThread API를 사용한 개발

1. 소개

Nest에서 출시한 OpenThread는 Thread® 네트워킹 프로토콜의 오픈소스 구현입니다. Nest는 커넥티드 홈용 제품 개발을 가속화하기 위해 Nest 제품에 사용되는 기술을 개발자가 광범위하게 사용할 수 있도록 OpenThread를 출시했습니다.

스레드 사양은 홈 애플리케이션을 위한 IPv6 기반의 안정적이고 안전한 저전력 무선 기기 간 통신 프로토콜을 정의합니다. OpenThread는 IPv6, 6LoWPAN, IEEE 802.15.4(MAC 보안, 메시 링크 설정, 메시 라우팅)를 비롯한 모든 스레드 네트워킹 레이어를 구현합니다.

이 Codelab에서는 OpenThread API를 사용하여 스레드 네트워크를 시작하고, 기기 역할의 변경사항을 모니터링 및 반응하고, UDP 메시지를 보내고, 이러한 작업을 실제 하드웨어의 버튼과 LED에 연결합니다.

학습할 내용

• Nordic nRF52840 개발 보드에서 버튼과 LED를 프로그래밍하는 방법
• 일반적인 OpenThread API 및 otInstance 클래스 사용 방법
• OpenThread 상태 변경사항을 모니터링하고 반응하는 방법
• 스레드 네트워크의 모든 기기로 UDP 메시지를 전송하는 방법
• Makefile 수정 방법

필요한 항목

하드웨어:

• Nordic Semiconductor nRF52840 개발 보드 3개
• 보드를 연결하는 USB-마이크로 USB 케이블 3개
• USB 포트가 3개 이상인 Linux 시스템

소프트웨어:

• GNU 툴체인
• Nordic nRF5x 명령줄 도구
• Seger J-Link 소프트웨어
• OpenThread
• Git

달리 명시된 경우를 제외하고 이 Codelab의 콘텐츠에는 크리에이티브 커먼즈 저작자 표시 3.0 라이선스가 적용되며 코드 샘플에는 Apache 2.0 라이선스가 적용됩니다.

2. 시작하기

하드웨어 Codelab 완료

이 Codelab을 시작하기 전에 먼저 다음과 같은 nRF52840 보드 및 OpenThread를 사용한 스레드 네트워크 빌드 Codelab을 완료해야 합니다.

• 빌드 및 플래시에 필요한 모든 소프트웨어 설명
• OpenThread를 빌드하고 Nordic nRF52840 보드에서 플래시하는 방법 설명
• 스레드 네트워크의 기본사항을 보여줍니다.

이 Codelab에서는 OpenThread를 빌드하고 보드를 플래시하는 데 필요한 환경을 설정하지 않습니다. 보드 플래시에 관한 기본 안내만 설명합니다. 여기서는 스레드 네트워크 빌드 Codelab을 이미 완료했다고 가정합니다.

스레드 네트워크 빌드 Codelab 완료

Linux 시스템

이 Codelab은 i386 또는 x86 기반 Linux 머신을 사용하여 모든 스레드 개발 보드를 플래시하도록 설계되었습니다. 모든 단계는 Ubuntu 14.04.5 LTS (Trusty Tahr)에서 테스트되었습니다.

Nordic Semiconductor nRF52840 보드

이 Codelab에서는 3개의 nRF52840 PDK 보드를 사용합니다.

소프트웨어 설치

OpenThread를 빌드하고 플래시하려면 SEGGER J-Link, nRF5x 명령줄 도구, ARM GNU 툴체인 및 다양한 Linux 패키지를 설치해야 합니다. 필요에 따라 Build a Thread Network Codelab을 완료했다면 필요한 모든 것이 이미 설치되어 있을 것입니다. 그렇지 않은 경우 OpenThread를 빌드하고 nRF52840 개발 보드에 플래시할 수 있는지 확인하기 전에 이 Codelab을 완료합니다.

스레드 네트워크 빌드 Codelab 완료

3. 저장소 복제

OpenThread에는 이 Codelab의 시작점으로 사용할 수 있는 예시 애플리케이션 코드가 포함되어 있습니다.

OpenThread Nordic nRF528xx 예시 저장소를 클론하고 OpenThread를 빌드합니다.

$ git clone --recursive https://github.com/openthread/ot-nrf528xx
$ cd ot-nrf528xx
$ ./script/bootstrap

4. OpenThread API 기본사항

OpenThread의 공개 API는 OpenThread 저장소의 ./openthread/include/openthread에 있습니다. 이러한 API는 애플리케이션에 사용할 수 있도록 스레드 수준과 플랫폼 수준에서 모두 다양한 OpenThread 기능에 대한 액세스를 제공합니다.

• OpenThread 인스턴스 정보 및 제어
• IPv6, UDP, CoAP와 같은 애플리케이션 서비스
• 커미셔너 및 조이너 역할과 함께 네트워크 사용자 인증 정보 관리
• 보더 라우터 관리
• 자녀 감독 및 Jam 감지와 같은 향상된 기능

모든 OpenThread API의 참조 정보는 openthread.io/reference에서 제공됩니다.

API 사용

API를 사용하려면 애플리케이션 파일 중 하나에 헤더 파일을 포함합니다. 그런 다음 원하는 함수를 호출합니다.

예를 들어 OpenThread에 포함된 CLI 예시 앱은 다음과 같은 API 헤더를 사용합니다.

./openthread/examples/apps/cli/main.c

#include <openthread/config.h>
#include <openthread/cli.h>
#include <openthread/diag.h>
#include <openthread/tasklet.h>
#include <openthread/platform/logging.h>

OpenThread 인스턴스

otInstance 구조는 OpenThread API를 사용할 때 자주 사용합니다. 초기화되면 이 구조는 OpenThread 라이브러리의 정적 인스턴스를 나타내며, 사용자가 OpenThread API를 호출할 수 있게 해줍니다.

예를 들어 OpenThread 인스턴스는 CLI 예시 앱의 main() 함수에서 초기화됩니다.

./openthread/examples/apps/cli/main.c

int main(int argc, char *argv[])
{
    otInstance *instance

...

#if OPENTHREAD_ENABLE_MULTIPLE_INSTANCES
    // Call to query the buffer size
    (void)otInstanceInit(NULL, &otInstanceBufferLength);

    // Call to allocate the buffer
    otInstanceBuffer = (uint8_t *)malloc(otInstanceBufferLength);
    assert(otInstanceBuffer);

    // Initialize OpenThread with the buffer
    instance = otInstanceInit(otInstanceBuffer, &otInstanceBufferLength);
#else
    instance = otInstanceInitSingle();
#endif

...

    return 0;
}

플랫폼별 함수

OpenThread에 포함된 예시 애플리케이션 중 하나에 플랫폼별 함수를 추가하려면 먼저 ./openthread/examples/platforms/openthread-system.h 헤더에서 모든 함수에 otSys 네임스페이스를 사용하여 함수를 선언합니다. 그런 다음 플랫폼별 소스 파일에 이를 구현합니다. 이렇게 추상화하면 다른 플랫폼 예에 동일한 함수 헤더를 사용할 수 있습니다.

예를 들어 nRF52840 버튼과 LED를 연결하는 데 사용할 GPIO 기능은 openthread-system.h에서 선언해야 합니다.

원하는 텍스트 편집기에서 ./openthread/examples/platforms/openthread-system.h 파일을 엽니다.

./openthread/examples/platforms/openthread-system.h

조치: 플랫폼별 GPIO 함수 선언을 추가하세요.

openthread/instance.h 헤더의 #include 뒤에 다음 함수 선언을 추가합니다.

/**
 * Init LED module.
 *
 */
void otSysLedInit(void);
void otSysLedSet(uint8_t aLed, bool aOn);
void otSysLedToggle(uint8_t aLed);

/**
* A callback will be called when GPIO interrupts occur.
*
*/
typedef void (*otSysButtonCallback)(otInstance *aInstance);
void otSysButtonInit(otSysButtonCallback aCallback);
void otSysButtonProcess(otInstance *aInstance);

다음 단계에서 이를 구현합니다.

otSysButtonProcess 함수 선언은 otInstance를 사용합니다. 이렇게 하면 필요한 경우 버튼을 누를 때 애플리케이션이 OpenThread 인스턴스에 관한 정보에 액세스할 수 있습니다. 이 모든 것은 애플리케이션의 요구사항에 따라 달라집니다. 함수 구현에 필요하지 않은 경우 OpenThread API의 OT_UNUSED_VARIABLE 매크로를 사용하여 일부 도구 모음에서 사용하지 않는 변수와 관련된 빌드 오류를 억제할 수 있습니다. 이에 대한 예는 나중에 살펴보겠습니다.

5. GPIO 플랫폼 추상화 구현

이전 단계에서는 GPIO에 사용할 수 있는 ./openthread/examples/platforms/openthread-system.h의 플랫폼별 함수 선언을 살펴보았습니다. nRF52840 개발 보드의 버튼과 LED에 액세스하려면 nRF52840 플랫폼에 이러한 기능을 구현해야 합니다. 이 코드에서는 다음과 같은 함수를 추가합니다.

• GPIO 핀 및 모드 초기화
• 핀의 전압 제어
• GPIO 인터럽트 사용 설정 및 콜백 등록

./src/src 디렉터리에 gpio.c라는 새 파일을 만듭니다. 이 새 파일에 다음 콘텐츠를 추가합니다.

./src/src/gpio.c (새 파일)

작업: 정의 추가

이는 nRF52840 관련 값과 OpenThread 애플리케이션 수준에서 사용되는 변수 간의 추상화 역할을 합니다.

/**
 * @file
 *   This file implements the system abstraction for GPIO and GPIOTE.
 *
 */

#define BUTTON_GPIO_PORT 0x50000300UL
#define BUTTON_PIN 11 // button #1

#define GPIO_LOGIC_HI 0
#define GPIO_LOGIC_LOW 1

#define LED_GPIO_PORT 0x50000300UL
#define LED_1_PIN 13 // turn on to indicate leader role
#define LED_2_PIN 14 // turn on to indicate router role
#define LED_3_PIN 15 // turn on to indicate child role
#define LED_4_PIN 16 // turn on to indicate UDP receive

nRF52840 버튼 및 LED에 대한 자세한 내용은 Nordic Semiconductor Infocenter를 참고하세요.

작업: 헤더 포함 추가

그런 다음 GPIO 기능에 필요한 헤더를 추가합니다.

/* Header for the functions defined here */
#include "openthread-system.h"

#include <string.h>

/* Header to access an OpenThread instance */
#include <openthread/instance.h>

/* Headers for lower-level nRF52840 functions */
#include "platform-nrf5.h"
#include "hal/nrf_gpio.h"
#include "hal/nrf_gpiote.h"
#include "nrfx/drivers/include/nrfx_gpiote.h"

작업: 버튼 1에 콜백 및 인터럽트 기능을 추가합니다.

다음에 이 코드를 추가합니다. in_pin1_handler 함수는 버튼 누르기 기능이 초기화될 때 (이 파일의 뒷부분에서) 등록되는 콜백입니다.

in_pin1_handler에 전달된 변수가 실제로 함수에서 사용되지 않으므로 이 콜백이 OT_UNUSED_VARIABLE 매크로를 사용하는 방식에 유의하세요.

/* Declaring callback function for button 1. */
static otSysButtonCallback sButtonHandler;
static bool                sButtonPressed;

/**
 * @brief Function to receive interrupt and call back function
 * set by the application for button 1.
 *
 */
static void in_pin1_handler(uint32_t pin, nrf_gpiote_polarity_t action)
{
    OT_UNUSED_VARIABLE(pin);
    OT_UNUSED_VARIABLE(action);
    sButtonPressed = true;
}

조치: LED를 구성하는 기능을 추가하세요.

이 코드를 추가하여 초기화 중에 모든 LED의 모드와 상태를 구성합니다.

/**
 * @brief Function for configuring: PIN_IN pin for input, PIN_OUT pin for output,
 * and configures GPIOTE to give an interrupt on pin change.
 */

void otSysLedInit(void)
{
    /* Configure GPIO mode: output */
    nrf_gpio_cfg_output(LED_1_PIN);
    nrf_gpio_cfg_output(LED_2_PIN);
    nrf_gpio_cfg_output(LED_3_PIN);
    nrf_gpio_cfg_output(LED_4_PIN);

    /* Clear all output first */
    nrf_gpio_pin_write(LED_1_PIN, GPIO_LOGIC_LOW);
    nrf_gpio_pin_write(LED_2_PIN, GPIO_LOGIC_LOW);
    nrf_gpio_pin_write(LED_3_PIN, GPIO_LOGIC_LOW);
    nrf_gpio_pin_write(LED_4_PIN, GPIO_LOGIC_LOW);

    /* Initialize gpiote for button(s) input.
     Button event handlers are set in the application (main.c) */
    ret_code_t err_code;
    err_code = nrfx_gpiote_init();
    APP_ERROR_CHECK(err_code);
}

조치: LED 모드를 설정하는 기능을 추가하세요.

이 기능은 기기의 역할이 변경될 때 사용됩니다.

/**
 * @brief Function to set the mode of an LED.
 */

void otSysLedSet(uint8_t aLed, bool aOn)
{
    switch (aLed)
    {
    case 1:
        nrf_gpio_pin_write(LED_1_PIN, (aOn == GPIO_LOGIC_HI));
        break;
    case 2:
        nrf_gpio_pin_write(LED_2_PIN, (aOn == GPIO_LOGIC_HI));
        break;
    case 3:
        nrf_gpio_pin_write(LED_3_PIN, (aOn == GPIO_LOGIC_HI));
        break;
    case 4:
        nrf_gpio_pin_write(LED_4_PIN, (aOn == GPIO_LOGIC_HI));
        break;
    }
}

작업: LED 모드를 전환하는 기능을 추가합니다.

이 함수는 기기가 멀티캐스트 UDP 메시지를 수신할 때 LED4를 전환하는 데 사용됩니다.

/**
 * @brief Function to toggle the mode of an LED.
 */
void otSysLedToggle(uint8_t aLed)
{
    switch (aLed)
    {
    case 1:
        nrf_gpio_pin_toggle(LED_1_PIN);
        break;
    case 2:
        nrf_gpio_pin_toggle(LED_2_PIN);
        break;
    case 3:
        nrf_gpio_pin_toggle(LED_3_PIN);
        break;
    case 4:
        nrf_gpio_pin_toggle(LED_4_PIN);
        break;
    }
}

작업: 버튼 누르기를 초기화하고 처리하는 함수를 추가합니다.

첫 번째 함수는 버튼 누르기의 보드를 초기화하고 두 번째 함수는 버튼 1을 누르면 멀티캐스트 UDP 메시지를 전송합니다.

/**
 * @brief Function to initialize the button.
 */
void otSysButtonInit(otSysButtonCallback aCallback)
{
    nrfx_gpiote_in_config_t in_config = NRFX_GPIOTE_CONFIG_IN_SENSE_LOTOHI(true);
    in_config.pull                    = NRF_GPIO_PIN_PULLUP;

    ret_code_t err_code;
    err_code = nrfx_gpiote_in_init(BUTTON_PIN, &in_config, in_pin1_handler);
    APP_ERROR_CHECK(err_code);

    sButtonHandler = aCallback;
    sButtonPressed = false;

    nrfx_gpiote_in_event_enable(BUTTON_PIN, true);
}

void otSysButtonProcess(otInstance *aInstance)
{
    if (sButtonPressed)
    {
        sButtonPressed = false;
        sButtonHandler(aInstance);
    }
}

작업: gpio.c 파일을 저장하고 닫습니다.

6. API: 기기 역할 변경에 반응

애플리케이션에서는 기기 역할에 따라 다양한 LED가 켜지도록 하려고 합니다. 리더, 라우터, 최종 기기 역할을 추적해 보겠습니다. 다음과 같이 LED에 할당할 수 있습니다.

• LED1 = 리더
• LED2 = 라우터
• LED3 = 최종 기기

이 기능을 사용 설정하려면 애플리케이션에서 기기 역할이 변경된 시점과 이에 따라 올바른 LED를 켜는 방법을 알아야 합니다. 첫 번째 부분에서는 OpenThread 인스턴스를 사용하고, 두 번째 부분에서는 GPIO 플랫폼 추상화를 사용하겠습니다.

원하는 텍스트 편집기에서 ./openthread/examples/apps/cli/main.c 파일을 엽니다.

./openthread/examples/apps/cli/main.c

작업: 헤더 포함 추가

main.c 파일의 include 섹션에 역할 변경 기능에 필요한 API 헤더 파일을 추가합니다.

#include <openthread/instance.h>
#include <openthread/thread.h>
#include <openthread/thread_ftd.h>

작업: OpenThread 인스턴스 상태 변경을 위한 핸들러 함수 선언을 추가하세요.

헤더의 include 및 #if 문 앞에 이 선언을 main.c에 추가합니다. 이 함수는 기본 애플리케이션 이후에 정의됩니다.

void handleNetifStateChanged(uint32_t aFlags, void *aContext);

작업: 상태 변경 핸들러 함수의 콜백 등록을 추가합니다.

main.c에서 otAppCliInit 호출 뒤에 이 함수를 main() 함수에 추가합니다. 이 콜백 등록은 OpenThread 인스턴스 상태가 변경될 때마다 handleNetifStateChange 함수를 호출하도록 OpenThread에 지시합니다.

/* Register Thread state change handler */
otSetStateChangedCallback(instance, handleNetifStateChanged, instance);

작업: 상태 변경 구현을 추가합니다.

main.c에서 main() 함수 다음에 handleNetifStateChanged 함수를 구현합니다. 이 함수는 OpenThread 인스턴스의 OT_CHANGED_THREAD_ROLE 플래그를 확인하고 플래그가 변경된 경우 필요에 따라 LED를 켜거나 끕니다.

void handleNetifStateChanged(uint32_t aFlags, void *aContext)
{
   if ((aFlags & OT_CHANGED_THREAD_ROLE) != 0)
   {
       otDeviceRole changedRole = otThreadGetDeviceRole(aContext);

       switch (changedRole)
       {
       case OT_DEVICE_ROLE_LEADER:
           otSysLedSet(1, true);
           otSysLedSet(2, false);
           otSysLedSet(3, false);
           break;

       case OT_DEVICE_ROLE_ROUTER:
           otSysLedSet(1, false);
           otSysLedSet(2, true);
           otSysLedSet(3, false);
           break;

       case OT_DEVICE_ROLE_CHILD:
           otSysLedSet(1, false);
           otSysLedSet(2, false);
           otSysLedSet(3, true);
           break;

       case OT_DEVICE_ROLE_DETACHED:
       case OT_DEVICE_ROLE_DISABLED:
           /* Clear LED4 if Thread is not enabled. */
           otSysLedSet(4, false);
           break;
        }
    }
}

7. API: 멀티캐스트를 사용하여 LED 켜기

또한 애플리케이션에서는 한 보드에서 Button1을 누르면 네트워크의 다른 모든 기기로 UDP 메시지를 보내려고 합니다. 메시지 수신을 확인하기 위해 응답 시 다른 보드의 LED4를 전환합니다.

이 기능을 사용 설정하려면 애플리케이션에서 다음을 실행해야 합니다.

• 시작 시 UDP 연결 초기화
• 메시 로컬 멀티캐스트 주소로 UDP 메시지를 전송할 수 있음
• 수신 UDP 메시지 처리
• 수신 UDP 메시지에 대한 응답으로 LED4 전환

원하는 텍스트 편집기에서 ./openthread/examples/apps/cli/main.c 파일을 엽니다.

./openthread/examples/apps/cli/main.c

작업: 헤더 포함 추가

main.c 파일 상단의 include 섹션에서 멀티캐스트 UDP 기능에 필요한 API 헤더 파일을 추가합니다.

#include <string.h>

#include <openthread/message.h>
#include <openthread/udp.h>

#include "utils/code_utils.h"

code_utils.h 헤더는 런타임 조건을 검증하고 오류를 적절하게 처리하는 otEXPECT 및 otEXPECT_ACTION 매크로에 사용됩니다.

작업: 정의 및 상수를 추가합니다.

main.c 파일에서 include 섹션 뒤와 #if 문 앞에 UDP 관련 상수를 추가하고 다음을 정의합니다.

#define UDP_PORT 1212

static const char UDP_DEST_ADDR[] = "ff03::1";
static const char UDP_PAYLOAD[]   = "Hello OpenThread World!";

ff03::1는 메시 로컬 멀티캐스트 주소입니다. 이 주소로 전송되는 모든 메시지는 네트워크의 모든 Full Thread 기기로 전송됩니다. OpenThread의 멀티캐스트 지원에 관한 자세한 내용은 openthread.io의 멀티캐스트를 참고하세요.

작업: 함수 선언을 추가하세요.

main.c 파일에서 otTaskletsSignalPending 정의 뒤, main() 함수 앞에 UDP 소켓을 나타내는 정적 변수뿐만 아니라 UDP 관련 함수를 추가합니다.

static void initUdp(otInstance *aInstance);
static void sendUdp(otInstance *aInstance);

static void handleButtonInterrupt(otInstance *aInstance);

void handleUdpReceive(void *aContext, otMessage *aMessage, 
                      const otMessageInfo *aMessageInfo);

static otUdpSocket sUdpSocket;

조치: GPIO LED 및 버튼을 초기화하는 호출을 추가합니다.

main.c에서 otSetStateChangedCallback 호출 뒤에 이러한 함수 호출을 main() 함수에 추가합니다. 이러한 함수는 GPIO 및 GPIOTE 핀을 초기화하고 버튼 푸시 이벤트를 처리하도록 버튼 핸들러를 설정합니다.

/* init GPIO LEDs and button */
otSysLedInit();
otSysButtonInit(handleButtonInterrupt);

조치: UDP 초기화 호출을 추가하세요.

main.c에서 방금 추가한 otSysButtonInit 호출 뒤에 이 함수를 main() 함수에 추가합니다.

initUdp(instance);

이 호출은 애플리케이션이 시작될 때 UDP 소켓이 초기화되도록 합니다. 이것이 없으면 기기에서 UDP 메시지를 보내거나 받을 수 없습니다.

작업: GPIO 버튼 이벤트를 처리하는 호출을 추가합니다.

main.c에서 while 루프의 otSysProcessDrivers 호출 뒤에 이 함수 호출을 main() 함수에 추가합니다. gpio.c에 선언된 이 함수는 버튼이 눌렸는지 확인하고 버튼이 눌렸다면 위 단계에서 설정된 핸들러 (handleButtonInterrupt)를 호출합니다.

otSysButtonProcess(instance);

작업: 버튼 인터럽트 핸들러 구현

main.c에서 이전 단계에서 추가한 handleNetifStateChanged 함수 뒤에 handleButtonInterrupt 함수의 구현을 추가합니다.

/**
 * Function to handle button push event
 */
void handleButtonInterrupt(otInstance *aInstance)
{
    sendUdp(aInstance);
}

조치: UDP 초기화를 구현합니다.

main.c에서 방금 추가한 handleButtonInterrupt 함수 뒤에 initUdp 함수의 구현을 추가합니다.

/**
 * Initialize UDP socket
 */
void initUdp(otInstance *aInstance)
{
    otSockAddr  listenSockAddr;

    memset(&sUdpSocket, 0, sizeof(sUdpSocket));
    memset(&listenSockAddr, 0, sizeof(listenSockAddr));

    listenSockAddr.mPort    = UDP_PORT;

    otUdpOpen(aInstance, &sUdpSocket, handleUdpReceive, aInstance);
    otUdpBind(aInstance, &sUdpSocket, &listenSockAddr, OT_NETIF_THREAD);
}

UDP_PORT은 이전에 정의한 포트 (1212)입니다. otUdpOpen 함수는 소켓을 열고 UDP 메시지가 수신될 때 사용할 콜백 함수 (handleUdpReceive)를 등록합니다. otUdpBind는 OT_NETIF_THREAD를 전달하여 소켓을 스레드 네트워크 인터페이스에 바인딩합니다. 다른 네트워크 인터페이스 옵션은 UDP API 참조의 otNetifIdentifier 열거형을 참조하세요.

조치: UDP 메시징 구현

main.c에서 방금 추가한 initUdp 함수 뒤에 sendUdp 함수의 구현을 추가합니다.

/**
 * Send a UDP datagram
 */
void sendUdp(otInstance *aInstance)
{
    otError       error = OT_ERROR_NONE;
    otMessage *   message;
    otMessageInfo messageInfo;
    otIp6Address  destinationAddr;

    memset(&messageInfo, 0, sizeof(messageInfo));

    otIp6AddressFromString(UDP_DEST_ADDR, &destinationAddr);
    messageInfo.mPeerAddr    = destinationAddr;
    messageInfo.mPeerPort    = UDP_PORT;

    message = otUdpNewMessage(aInstance, NULL);
    otEXPECT_ACTION(message != NULL, error = OT_ERROR_NO_BUFS);

    error = otMessageAppend(message, UDP_PAYLOAD, sizeof(UDP_PAYLOAD));
    otEXPECT(error == OT_ERROR_NONE);

    error = otUdpSend(aInstance, &sUdpSocket, message, &messageInfo);

 exit:
    if (error != OT_ERROR_NONE && message != NULL)
    {
        otMessageFree(message);
    }
}

otEXPECT 및 otEXPECT_ACTION 매크로를 확인합니다. 이를 통해 UDP 메시지가 유효하고 버퍼에 올바르게 할당되는지 확인할 수 있으며, 그렇지 않은 경우 함수는 버퍼를 해제하는 exit 블록으로 이동하여 오류를 적절하게 처리합니다.

UDP를 초기화하는 데 사용되는 함수에 관한 자세한 내용은 openthread.io의 IPv6 및 UDP 참조를 확인하세요.

작업: UDP 메시지 처리를 구현합니다.

main.c에서 방금 추가한 sendUdp 함수 뒤에 handleUdpReceive 함수의 구현을 추가합니다. 이 기능은 단순히 LED4를 전환합니다.

/**
 * Function to handle UDP datagrams received on the listening socket
 */
void handleUdpReceive(void *aContext, otMessage *aMessage,
                      const otMessageInfo *aMessageInfo)
{
    OT_UNUSED_VARIABLE(aContext);
    OT_UNUSED_VARIABLE(aMessage);
    OT_UNUSED_VARIABLE(aMessageInfo);

    otSysLedToggle(4);
}

8. API: 스레드 네트워크 구성

시연을 용이하게 하기 위해, 저희는 기기가 즉시 스레드를 시작하고 전원이 켜지면 네트워크에 연결되도록 하고자 합니다. 이를 위해 otOperationalDataset 구조를 사용합니다. 이 구조에는 스레드 네트워크 사용자 인증 정보를 기기로 전송하는 데 필요한 모든 매개변수가 포함됩니다.

이 구조를 사용하면 OpenThread에 내장된 네트워크 기본값을 재정의하여 애플리케이션의 보안을 강화하고 네트워크의 스레드 노드를 애플리케이션을 실행하는 사람들로만 제한할 수 있습니다.

다시 원하는 텍스트 편집기에서 ./openthread/examples/apps/cli/main.c 파일을 엽니다.

./openthread/examples/apps/cli/main.c

작업: 헤더 포함 추가

main.c 파일 상단의 include 섹션 내에서 스레드 네트워크를 구성하는 데 필요한 API 헤더 파일을 추가합니다.

#include <openthread/dataset_ftd.h>

작업: 네트워크 구성을 설정하는 함수 선언을 추가하세요.

헤더의 include 및 #if 문 앞에 이 선언을 main.c에 추가합니다. 이 함수는 기본 애플리케이션 함수 다음에 정의됩니다.

static void setNetworkConfiguration(otInstance *aInstance);

작업: 네트워크 구성 호출 추가

main.c에서 otSetStateChangedCallback 호출 뒤에 이 함수 호출을 main() 함수에 추가합니다. 이 함수는 스레드 네트워크 데이터 세트를 구성합니다.

/* Override default network credentials */
setNetworkConfiguration(instance);

조치: 스레드 네트워크 인터페이스 및 스택을 사용 설정하는 호출을 추가하세요.

main.c에서 otSysButtonInit 호출 뒤에 이러한 함수 호출을 main() 함수에 추가합니다.

/* Start the Thread network interface (CLI cmd > ifconfig up) */
otIp6SetEnabled(instance, true);

/* Start the Thread stack (CLI cmd > thread start) */
otThreadSetEnabled(instance, true);

조치: 스레드 네트워크 구성 구현

main.c에서 main() 함수 뒤에 setNetworkConfiguration 함수의 구현을 추가합니다.

/**
 * Override default network settings, such as panid, so the devices can join a
 network
 */
void setNetworkConfiguration(otInstance *aInstance)
{
    static char          aNetworkName[] = "OTCodelab";
    otOperationalDataset aDataset;

    memset(&aDataset, 0, sizeof(otOperationalDataset));

    /*
     * Fields that can be configured in otOperationDataset to override defaults:
     *     Network Name, Mesh Local Prefix, Extended PAN ID, PAN ID, Delay Timer,
     *     Channel, Channel Mask Page 0, Network Key, PSKc, Security Policy
     */
    aDataset.mActiveTimestamp.mSeconds             = 1;
    aDataset.mActiveTimestamp.mTicks               = 0;
    aDataset.mActiveTimestamp.mAuthoritative       = false;
    aDataset.mComponents.mIsActiveTimestampPresent = true;

    /* Set Channel to 15 */
    aDataset.mChannel                      = 15;
    aDataset.mComponents.mIsChannelPresent = true;

    /* Set Pan ID to 2222 */
    aDataset.mPanId                      = (otPanId)0x2222;
    aDataset.mComponents.mIsPanIdPresent = true;

    /* Set Extended Pan ID to C0DE1AB5C0DE1AB5 */
    uint8_t extPanId[OT_EXT_PAN_ID_SIZE] = {0xC0, 0xDE, 0x1A, 0xB5, 0xC0, 0xDE, 0x1A, 0xB5};
    memcpy(aDataset.mExtendedPanId.m8, extPanId, sizeof(aDataset.mExtendedPanId));
    aDataset.mComponents.mIsExtendedPanIdPresent = true;

    /* Set network key to 1234C0DE1AB51234C0DE1AB51234C0DE */
    uint8_t key[OT_NETWORK_KEY_SIZE] = {0x12, 0x34, 0xC0, 0xDE, 0x1A, 0xB5, 0x12, 0x34, 0xC0, 0xDE, 0x1A, 0xB5, 0x12, 0x34, 0xC0, 0xDE};
    memcpy(aDataset.mNetworkKey.m8, key, sizeof(aDataset.mNetworkKey));
    aDataset.mComponents.mIsNetworkKeyPresent = true;

    /* Set Network Name to OTCodelab */
    size_t length = strlen(aNetworkName);
    assert(length <= OT_NETWORK_NAME_MAX_SIZE);
    memcpy(aDataset.mNetworkName.m8, aNetworkName, length);
    aDataset.mComponents.mIsNetworkNamePresent = true;

    otDatasetSetActive(aInstance, &aDataset);
    /* Set the router selection jitter to override the 2 minute default.
       CLI cmd > routerselectionjitter 20
       Warning: For demo purposes only - not to be used in a real product */
    uint8_t jitterValue = 20;
    otThreadSetRouterSelectionJitter(aInstance, jitterValue);
}

함수에 자세히 설명된 것처럼, 이 애플리케이션에 사용하는 스레드 네트워크 매개변수는 다음과 같습니다.

• 채널 = 15
• PAN ID = 0x2222
• 확장된 PAN ID = C0DE1AB5C0DE1AB5
• 네트워크 키 = 1234C0DE1AB51234C0DE1AB51234C0DE
• 네트워크 이름 = OTCodelab

또한 여기에서 라우터 선택 잡음을 줄여서 데모를 위해 기기의 역할을 더 빠르게 변경합니다. 이는 노드가 FTD (Full Thread Device)인 경우에만 실행됩니다. 다음 단계에서 이에 대해 자세히 알아보겠습니다.

9. API: 제한된 함수

OpenThread의 API 중 일부는 데모 또는 테스트 목적으로만 수정해야 하는 설정을 수정합니다. OpenThread를 사용하는 애플리케이션의 프로덕션 배포에는 이 API를 사용해서는 안 됩니다.

예를 들어 otThreadSetRouterSelectionJitter 함수는 최종 기기가 라우터로 자신을 홍보하는 데 걸리는 시간 (초)을 조정합니다. 이 값의 기본값은 스레드 사양에 따라 120입니다. 이 Codelab에서는 사용 편의성을 위해 20으로 변경하므로 스레드 노드가 역할을 변경할 때까지 오래 기다릴 필요가 없습니다.

참고: MTD 기기는 라우터가 되지 않으며 otThreadSetRouterSelectionJitter와 같은 기능 지원은 MTD 빌드에 포함되지 않습니다. 나중에 CMake 옵션 -DOT_MTD=OFF를 지정해야 합니다. 그러지 않으면 빌드에 실패합니다.

OPENTHREAD_FTD의 전처리기 지시문 내에 포함된 otThreadSetRouterSelectionJitter 함수 정의를 보고 이를 확인할 수 있습니다.

./openthread/src/core/api/thread_ftd_api.cpp

#if OPENTHREAD_FTD

#include <openthread/thread_ftd.h>

...

void otThreadSetRouterSelectionJitter(otInstance *aInstance, uint8_t aRouterJitter)
{
    Instance &instance = *static_cast<Instance *>(aInstance);

    instance.GetThreadNetif().GetMle().SetRouterSelectionJitter(aRouterJitter);
}

...

#endif // OPENTHREAD_FTD

10. CMake 업데이트

애플리케이션을 빌드하기 전에 세 개의 CMake 파일에 필요한 몇 가지 소규모 업데이트가 있습니다. 이들은 빌드 시스템에서 애플리케이션을 컴파일하고 링크하는 데 사용됩니다.

./third_party/NordicSemiconductor/CMakeLists.txt

이제 몇 가지 플래그를 NordicSemiconductor CMakeLists.txt에 추가하여 GPIO 기능이 애플리케이션에서 정의되도록 합니다.

작업: CMakeLists.txt 파일에 플래그를 추가합니다.

원하는 텍스트 편집기에서 ./third_party/NordicSemiconductor/CMakeLists.txt을 열고 COMMON_FLAG 섹션에 다음 줄을 추가합니다.

...
set(COMMON_FLAG
    -DSPIS_ENABLED=1
    -DSPIS0_ENABLED=1
    -DNRFX_SPIS_ENABLED=1
    -DNRFX_SPIS0_ENABLED=1
    ...

    # Defined in ./third_party/NordicSemiconductor/nrfx/templates/nRF52840/nrfx_config.h
    -DGPIOTE_ENABLED=1
    -DGPIOTE_CONFIG_IRQ_PRIORITY=7
    -DGPIOTE_CONFIG_NUM_OF_LOW_POWER_EVENTS=1
)

...

./src/CMakeLists.txt

./src/CMakeLists.txt 파일을 수정하여 새 gpio.c 소스 파일을 추가합니다.

조치: ./src/CMakeLists.txt 파일에 gpio 소스를 추가하세요.

원하는 텍스트 편집기에서 ./src/CMakeLists.txt을 열고 NRF_COMM_SOURCES 섹션에 파일을 추가합니다.

...

set(NRF_COMM_SOURCES
  ...
  src/gpio.c
  ...
)

...

./third_party/NordicSemiconductor/CMakeLists.txt

마지막으로 nrfx_gpiote.c 드라이버 파일을 NordicSemiconductor CMakeLists.txt 파일에 추가하여 Nordic 드라이버의 라이브러리 빌드에 포함합니다.

조치: NordicSemiconductor CMakeLists.txt 파일에 gpio 드라이버를 추가하세요.

원하는 텍스트 편집기에서 ./third_party/NordicSemiconductor/CMakeLists.txt을 열고 COMMON_SOURCES 섹션에 파일을 추가합니다.

...

set(COMMON_SOURCES
  ...
  nrfx/drivers/src/nrfx_gpiote.c
  ...
)
...

11. 기기 설정

코드 업데이트가 모두 완료되면 세 개의 Nordic nRF52840 개발자 보드 모두에 애플리케이션을 빌드하고 플래시할 준비가 된 것입니다. 각 기기는 전체 스레드 기기 (FTD)로 작동합니다.

OpenThread 빌드

nRF52840 플랫폼용 OpenThread FTD 바이너리를 빌드합니다.

$ cd ~/ot-nrf528xx
$ ./script/build nrf52840 UART_trans -DOT_MTD=OFF -DOT_APP_RCP=OFF -DOT_RCP=OFF

OpenThread FTD CLI 바이너리가 있는 디렉토리로 이동하고 ARM Embedded Toolchain을 사용하여 16진수 형식으로 변환합니다.

$ cd build/bin
$ arm-none-eabi-objcopy -O ihex ot-cli-ftd ot-cli-ftd.hex

보드 플래시

ot-cli-ftd.hex 파일을 각 nRF52840 보드에 플래시합니다.

USB 케이블을 nRF52840 보드의 외부 전원 핀 옆에 있는 마이크로 USB 디버그 포트에 연결한 다음 Linux 시스템에 연결합니다. 올바르게 설정합니다. LED5가 켜져 있습니다.

앞에서와 같이 nRF52840 보드의 일련번호를 확인합니다.

nRFx 명령줄 도구의 위치로 이동하고 보드의 일련번호를 사용하여 OpenThread CLI FTD 16진수 파일을 nRF52840 보드에 플래시합니다.

$ cd ~/nrfjprog
$ ./nrfjprog -f nrf52 -s 683704924 --verify --chiperase --program \
       ~/openthread/output/nrf52840/bin/ot-cli-ftd.hex --reset

깜박이는 동안 LED5가 잠시 꺼집니다. 성공 시 다음과 같은 출력이 생성됩니다.

Parsing hex file.
Erasing user available code and UICR flash areas.
Applying system reset.
Checking that the area to write is not protected.
Programing device.
Applying system reset.
Run.

이 '보드 플래싱'을 반복합니다. 다른 두 보드의 단계를 진행합니다 각 보드는 동일한 방식으로 Linux 컴퓨터에 연결해야 하며 플래시 명령은 보드의 일련번호를 제외하고 동일합니다. 확인하려면 각 보드의 고유 일련번호를

nrfjprog 플래싱 명령어

성공하면 각 보드에서 LED1, LED2 또는 LED3가 켜집니다. 깜박이는 직후 (기기 역할 변경 기능) 점등된 LED 스위치가 3에서 2로 (또는 2에서 1로) 깜박일 수도 있습니다.

12. 애플리케이션 기능

이제 세 개의 nRF52840 보드 모두에 전원이 켜져 있고 OpenThread 애플리케이션이 실행됩니다. 앞서 자세히 설명했듯이 이 애플리케이션에는 두 가지 주요 기능이 있습니다.

기기 역할 표시기

각 보드에 불이 들어온 LED는 스레드 노드의 현재 역할을 반영합니다.

• LED1 = 리더
• LED2 = 라우터
• LED3 = 최종 기기

역할이 변경되면 LED도 켜집니다. 각 기기의 전원이 켜진 후 20초 이내에 한두 개의 보드에서 이러한 변화를 이미 확인했을 것입니다.

UDP 멀티캐스트

보드에서 Button1을 누르면 UDP 메시지가 메시 로컬 멀티캐스트 주소로 전송됩니다. 이 주소에는 스레드 네트워크의 다른 모든 노드가 포함됩니다. 이 메시지를 받으면 다른 모든 보드의 LED4가 켜지거나 꺼집니다. LED4는 다른 UDP 메시지를 수신할 때까지 각 보드에 대해 켜지거나 꺼진 상태로 유지됩니다.

13. 데모: 기기 역할 변경사항 관찰

플래시한 기기는 라우터 사용 가능 최종 기기 (REED)라고 하는 특정 종류의 풀 스레드 기기 (FTD)입니다. 즉, 라우터 또는 최종 기기로 기능할 수 있으며 최종 기기에서 라우터로 광고할 수 있습니다.

스레드는 라우터를 최대 32개까지 지원할 수 있지만 라우터 수를 16개에서 23개 사이로 유지하려고 합니다. REED가 최종 기기로 연결되고 라우터의 수가 16개 미만이면 자동으로 라우터로 승격됩니다. 이 변경은 애플리케이션에서 otThreadSetRouterSelectionJitter 값을 설정한 시간(초)(20초) 내에 무작위로 발생해야 합니다.

또한 모든 스레드 네트워크에는 리더가 있으며, 리더는 스레드 네트워크의 라우터 세트를 관리하는 라우터입니다. 모든 기기가 켜진 후 20초가 지나면 기기 중 하나가 리더 (LED1 켜짐)가 되고 다른 두 대는 라우터 (LED2 켜짐)가 됩니다.

리더 제거

리더가 스레드 네트워크에서 삭제되면 다른 라우터가 리더로 승격되어 네트워크에 여전히 리더가 있는지 확인합니다.

전원 스위치를 사용하여 리더 보드 (LED1이 켜진 보드)를 끕니다. 20초 정도 기다립니다. 나머지 2개의 보드 중 하나에서 LED2 (라우터)가 꺼지고 LED1 (리더)이 켜집니다. 이제 이 기기가 스레드 네트워크의 리더가 되었습니다.

기존 리더보드를 다시 사용 설정합니다. 자동으로 스레드 네트워크에 최종 기기로 다시 연결되어야 합니다 (LED3이 켜져 있음). 20초 내에 (라우터 선택 잡음) 스스로 라우터로 승격됩니다 (LED2가 켜짐).

보드 재설정

보드 3개를 모두 껐다가 다시 켜고 LED를 확인합니다. 전원이 켜진 첫 번째 보드는 리더 역할 (LED1이 켜짐)에서 시작되어야 합니다. 스레드 네트워크의 첫 번째 라우터가 자동으로 리더가 됩니다.

다른 두 보드는 처음에는 최종 장치 (LED3이 점등됨)로 네트워크에 연결되지만 20초 내에 라우터 (LED2가 켜짐)로 승급해야 합니다.

네트워크 파티션

보드에 충분한 전력이 공급되지 않거나 보드 간의 무선 연결이 약한 경우 스레드 네트워크가 파티션으로 분할될 수 있으며 두 개 이상의 기기가 리더로 표시될 수 있습니다.

스레드는 자가 복구이므로 결국 파티션은 하나의 리더를 사용하여 단일 파티션으로 다시 병합되어야 합니다.

14. 데모: UDP 멀티캐스트 전송

이전 연습을 계속 진행하는 경우 어떤 기기에서도 LED4가 켜지지 않습니다.

보드를 선택하고 Button1을 누릅니다. 애플리케이션을 실행하는 스레드 네트워크의 다른 모든 보드에서 LED4가 상태를 전환해야 합니다. 이전 연습을 계속하는 경우 이제 켜져 있습니다.

같은 보드에 대해 Button1을 다시 누릅니다. 다른 모든 보드의 LED4가 다시 전환되어야 합니다.

다른 보드에서 Button1을 누르고 다른 보드에서 LED4가 어떻게 전환되는지 관찰합니다. 현재 LED4가 켜져 있는 보드 중 하나에서 Button1을 누릅니다. LED4는 해당 보드에서 켜진 상태로 유지되지만 다른 보드에서는 전환됩니다.

네트워크 파티션

보드가 파티셔닝되어 있고 그중 2개 이상의 리더가 있는 경우, 멀티캐스트 메시지의 결과는 보드마다 다릅니다. 파티셔닝된 보드에서 Button1을 누르면 (따라서 파티션을 나눈 스레드 네트워크의 유일한 멤버인 경우) 다른 보드의 LED4는 이에 반응하지 않습니다. 이 경우 보드를 재설정하세요. 보드가 단일 스레드 네트워크를 재구성하고 UDP 메시징이 올바르게 작동해야 합니다.

15. 축하합니다.

OpenThread API를 사용하는 애플리케이션을 만들었습니다.

이제 다음 내용을 알게 되었습니다.

• Nordic nRF52840 개발 보드에서 버튼과 LED를 프로그래밍하는 방법
• 일반적인 OpenThread API 및 otInstance 클래스 사용 방법
• OpenThread 상태 변경사항을 모니터링하고 반응하는 방법
• 스레드 네트워크의 모든 기기로 UDP 메시지를 전송하는 방법
• Makefile 수정 방법

다음 단계

이 Codelab을 기반으로 다음 실습을 시도해 보세요.

• 온보드 LED 대신 GPIO 핀을 사용하도록 GPIO 모듈을 수정하고, 라우터 역할에 따라 색이 변하는 외부 RGB LED를 연결합니다.
• 다른 예시 플랫폼에 GPIO 지원 추가
• 버튼을 눌러 모든 기기를 핑하기 위해 멀티캐스트를 사용하는 대신 Router/Leader API를 사용하여 개별 기기를 찾아 핑합니다.
• OpenThread 보더 라우터를 사용하여 메시 네트워크를 인터넷에 연결하고 스레드 네트워크 외부에서 멀티캐스트하여 LED를 켭니다.

추가 자료

다음과 같은 다양한 OpenThread 리소스는 openthread.io 및 GitHub를 확인하세요.

• 지원되는 플랫폼 — OpenThread를 지원하는 모든 플랫폼을 알아보세요.
• OpenThread 빌드 — OpenThread 빌드 및 구성에 관한 추가 세부정보
• Thread Primer - 스레드 개념에 관한 유용한 참고 자료

참조:

• OpenThread API 참조
• 북유럽 nRF52840 보드 버튼 및 LED