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S암시적 아이콘 v5를 사용하여 Silicon Labs EFR32 보드 및 OpenThread가 있는 스레드 네트워크 빌드하기

1. 소개

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Google의 OTThread (OT)는 스레드의 오픈소스 구현입니다. Google은 커넥티드 홈 및 상업용 건물의 제품 개발을 가속화하기 위해 Google Nest 제품에 사용되는 네트워킹 기술을 더 광범위하게 사용할 수 있도록 OpenThread를 출시했습니다. 좁은 플랫폼 추상화 계층과 작은 메모리 사용 공간을 통해 OpenThread는 휴대성이 높습니다. 단일 칩 시스템 (SoC)과 네트워크 보조 프로세서 (NCP) 설계를 모두 지원합니다.

대화목록 사양은 가정 및 상업용 건물 애플리케이션을 위한 IPv6 기반의 안정적이고 안전한 저전력 무선 기기 간 통신 프로토콜을 정의합니다.

Silicon Labs는 Silicon Labs 하드웨어와 함께 작동하도록 OpenThread를 향상했습니다. 이 소스 코드는 GitHub에 제공되며, Simplicity Studio 5 (SSv5)와 함께 설치된 소프트웨어 개발 키트 (SDK)로도 제공됩니다. SDK에는 완전히 테스트된 GitHub 소스 코드 스냅샷이 포함되어 있습니다. GitHub 버전보다 광범위한 하드웨어를 지원하며 GitHub에서 사용할 수 없는 문서 및 예시 애플리케이션을 포함하고 있습니다.

이 가이드에서는 Silicon Labs OpenThread SDK 및 Simplicity Studio 5를 사용하여 OpenThread 애플리케이션 개발을 시작하는 방법에 대해 설명합니다. 아래 이미지는 보드 (OTD) 및 2개의 스레드 기기가 Codelab에서 사용된 보드 (BRD) 및 하드웨어를 보여줍니다.

EFR32MG 하드웨어 설정

실습 내용

  • Silicon Labs Simplicity Studio IDE를 사용하여 OpenThread 프로젝트를 만드는 방법.
  • OpenThread CLI 바이너리를 빌드하고 Silicon Labs 라디오 보드로 플래시하는 방법
  • Docker를 사용하여 Raspberry Pi 3B+ 이상을 OpenThread Border Router (OTBR)로 설정하는 방법.
  • OTBR에서 스레드 네트워크를 생성하는 방법
  • 스레드 네트워크에 기기의 대역 외 위임
  • ping 명령어를 사용하여 노드 간의 스레드 통신을 확인하는 방법

2 기본 요건

하드웨어

  1. 3 EFR32MGxx 라디오 보드 - 이러한 모든 기기의 조합을 사용할 수 있음 이 Codelab에서는 BRD4166A를 RCP로 사용하고 두 개의 BRD4168A를 전체 스레드 기기로 사용합니다.
    • EFR32MG12 (BRD4161A, BRD4166A, BRD4170A, BRD4304A)
    • EFR32MG13 (BRD4168A)
    • EFR32MG21 (BRD4180A, BRD4180B)
    처음 시작하는 경우 다음 중 하나를 받을 수 있습니다. EFR32 스레드 스타터 키트 보드 위에 나열된 보드가 있어야 합니다.
  2. BRD4001A: 무선 보드 호스팅을 위한 무선 스타터 메인 보드 (WSTK)입니다. BRD4166A를 제외한 모든 라디오 보드에는 각각 기본 기본 보드가 필요합니다. BRD4166A용 기본 보드 또는 마이크로 USB 케이블을 연결하고 전원을 공급하는 미니 USB 케이블

WSTK AEM : Google Play 뮤직

  1. 이더넷을 통해 인터넷에 연결된 Raspbian Stretch Lite OS 이미지 또는 Raspbian Stretch가 포함된 Raspberry Pi 3B 이상 OT 경계 라우터로 구성합니다.
  2. 2개 이상의 USB 포트와 인터넷 연결이 가능한 Windows/Linux/Mac 호스트 시스템 SSv5에서 하드웨어 및 OS 요구사항을 확인합니다.
  3. Raspberry Pi를 인터넷에 연결하기 위한 하나 이상의 이더넷 케이블 WSTK는 IP를 통한 디버그 및 플래싱도 지원하므로 이더넷 스위치를 통해 WSTK를 호스트 시스템에 연결하는 데 추가 이더넷 케이블을 선택적으로 사용할 수 있습니다.

소프트웨어:

    • GNU ARM 도구 모음
    • Gecko SDK Suite 3.2.0 이상 및 Silicon Labs OpenThread SDK

3. 하드웨어 설정

이 Codelab은 다음을 사용하여 생성되었습니다.

  1. EFR32MG12 BRD4166A Thunderboard Sense 2(왼쪽)
  2. 오른쪽에 표시된 2개의 EFR32MG13 BRD4168A
  3. macOS Catalina 10.15.7에 설치된 Simplicity Studio v5
    1. Gecko SDK 3.2.0
    2. GNU ARM v7.2.1

BRD4168A

아래 그림과 같이 각 Wireless Starter Kit 기본 보드를 USB로 호스트 컴퓨터에 연결합니다. 이러한 연결을 통해 RCP 및 최종 기기에서 프로그래밍 및 네트워크 분석을 할 수 있습니다. 먼저 호스트 컴퓨터를 사용해 ot-rcp 펌웨어로 BRD4166A를 프로그래밍한 후 최종적으로 Raspberry Pi에 연결합니다. 원하는 경우 최종 기기를 공통 이더넷 스위치를 통해 호스트 컴퓨터에 연결할 수 있습니다. 이 스타터 키트는 IPv4를 통한 프로그래밍 및 네트워크 분석도 지원합니다.

연결

4. 펌웨어 설정

다음 두 가지 방법으로 시작하면 됩니다. 두 옵션 모두 이 Codelab에 필요한 펌웨어를 플래시할 수 있습니다.

  1. 프로젝트: (권장) 샘플 애플리케이션을 만들고 빌드한 다음 플래시합니다. 이 옵션을 사용하면 프로젝트에서 애플리케이션을 맞춤설정할 수 있습니다.
  2. 데모: (선택사항) 샘플 애플리케이션의 라디오 보드에서 직접 사전 빌드된 데모를 플래시합니다. 선택사항인 실습으로 설정된 Demos 펌웨어를 사용해 보는 것이 좋습니다. 자세한 내용은 이 Codelab 끝에 있는 '선택적 펌웨어 설정 - 데모' 섹션을 참고하세요.

이 Codelab에서는 프로젝트 기반 메서드를 사용합니다.

예시를 사용하여 프로젝트 만들기

두 개의 프로젝트를 만들겠습니다. BRD4166A용 ot-rcp 프로젝트 및 두 개의 BRD4168A용 ot-cli-ftd 프로젝트 다음 단계에 따라 보드에 적합한 샘플 애플리케이션을 선택하세요.

  1. 스튜디오의 File 메뉴를 열고 New > Silicon Labs Project Wizard를 선택합니다. Target, SDK, Toolchain Selection 대화상자가 열립니다. OpenThread에서 지원하는 기본 단순 IDE / GNU 도구 모음을 변경하지 마세요. '다음'을 클릭합니다.
    • 타겟 보드: 선택한 라디오 보드 (BRD4168A)와 메인 보드 (BRD4001A)를 표시합니다.
    • 대상 기기: 마이크로 컨트롤러 칩 (MCU) 온보드를 표시하는 필드입니다. BRD4168A에는 EFR32MG13 MCU가 내장되어 있습니다.
    • SDK: 작업 중인 OT의 SDK 버전을 선택할 수 있습니다. 도구 모음 정보에는 SDK 태그와 OpenThread의 Silicon Labs 빌드가 포함됩니다(예: Platform 4.0.1.0OpenThread 2.0.1.0 (GitHub-55af6ce2c)).
    • IDE/ Toolchain: OT 프로젝트 컴파일에 사용될 도구 모음입니다. 여기서는 GNU ARM을 사용합니다.

새 프로젝트 마법사

  1. Example Project Selection 대화상자가 열립니다. 예시 프로젝트 목록이 표시됩니다. 기술 유형 및 키워드 필터를 사용하여 특정 예시를 검색할 수 있습니다. Gecko SDK Suite 버전 번호를 기록해 두세요. Raspberry Pi를 경계 라우터로 설정할 때 이 버전 태그가 필요합니다. ot-cli-ftd를 선택하고 다음을 클릭합니다.

새 프로젝트 마법사 2단계

  1. 프로젝트 구성 대화상자가 열립니다. 여기에서 프로젝트 이름을 바꾸고, 기본 프로젝트 파일 위치를 변경하고, 프로젝트 파일에 연결하거나 복사할지 결정할 수 있습니다. 연결된 프로젝트 파일은 SDK를 가리키고 변경사항은 모두 SDK에서 만들어 향후 프로젝트에 사용됩니다. 프로젝트 소스를 복사하면 프로젝트 로컬 사본을 수정하여 SDK 파일은 그대로 유지할 수 있습니다. 'Link sdk and copy project sources'가 기본값이며 권장되는 옵션입니다. FINISH를 클릭합니다.

새 프로젝트 마법사 3단계

  1. '단순함 IDE Perspective'가 열리고 Project Configurator가 '개요' 탭에 열립니다.

프로젝트 개요

프로젝트는 소프트웨어 구성요소 탭에서 구성요소를 설치 및 제거하고 설치된 구성요소를 구성하여 구성합니다. 설치된 구성요소를 확인합니다. 설치된 구성요소를 클릭하여 예시 애플리케이션에서 설치한 구성요소의 필터링된 목록을 확인합니다. 모든 변경사항은 자동 저장되며 프로젝트 파일이 자동 생성됩니다. 진행률은 단순성 IDE 관점의 오른쪽 하단에 표시됩니다.

소프트웨어 구성요소

이 데모에서는 샘플 애플리케이션의 기본 구성을 사용하겠습니다. 위 단계를 반복하여 다른 보드의 ot-rcp 프로젝트를 만듭니다.

프로젝트 빌드 및 플래시

ot-rcpot-cli-ftd 프로젝트를 모두 빌드하고 플래시합니다.

  1. 프로젝트가 구성된 후 상단 도구 모음에서 빌드 컨트롤 (망치 아이콘)을 클릭합니다. 또는 프로젝트를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 빌드 프로젝트를 클릭해도 됩니다.

빌드 프로젝트 버튼

  1. 진행률은 콘솔에 표시되고 진행률 표시줄은 오른쪽 하단에 표시됩니다. 프로젝트와 관련된 모든 오류 또는 경고도 이 출력 창에 표시됩니다.

프로젝트 빌드 출력 창

  1. 바이너리 이미지는 프로젝트가 성공적으로 빌드된 후에 생성됩니다. 프로젝트 탐색기 뷰에서 바이너리 이미지를 플래시할 수 있습니다. 컴파일러 하위 디렉터리에서 .bin, .hex 또는 .s37 파일을 찾습니다. 파일을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 Flash to Device를 선택합니다. 연결된 기기가 둘 이상인 경우 프로그래밍할 기기를 선택하고 확인을 클릭합니다. 파일 경로가 채워진 상태로 플래시 프로그래머가 열립니다. 프로그램을 클릭합니다.

Flash

5 펌웨어 설정 요약

이제 라디오 보드에 적절한 펌웨어를 만들고 컴파일하고 플래시해야 합니다. ot-rcp가 BRD4166A로 플래싱되면 호스트 시스템에서 연결 해제하고 이 보드를 Raspberry Pi에 연결합니다.

이 섹션을 완료하면 스레드 네트워크 하드웨어 설정이 다음과 같이 표시됩니다.

EFR32MG 설정

6. ot-cli-ftd 기기용 직렬 콘솔 설정

콘솔 인터페이스를 실행하려면 간편성 관점에서 기기 보기 / 디버그 어댑터 창에서 J-Link 기기를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭합니다. Launch Console을 선택합니다. Console에서 메시지를 받으려면 Serial 1 탭을 선택하고 Enter 키를 누릅니다. FTD 노드의 상태를 확인합니다.

FTD 스튜디오 콘솔 보기

아직 ot-rcp용 콘솔이 없습니다. 다음 단계에서는 Raspberry Pi를 OT 테두리 라우터로 구성하고 ot-rcp용 콘솔을 설정합니다.

7 Raspberry Pi를 경계 라우터로 설정

Silicon Labs에서는 OTBR을 사용하여 회사의 Docker 컨테이너를 배포하도록 권장합니다. 컨테이너에서 OTBR을 실행하면 쉽게 배포할 수 있는 아티팩트와 신속한 개발 프로토타입 제작 및 테스트를 만들 수 있습니다.

Silicon Labs OTBR 이미지는 siliconlabsinc DockerHub에 호스팅되며 태그가 있습니다. 각 태그는 GSDK 버전에 해당합니다.

https://hub.docker.com/r/siliconlabsinc/openthread-border-router/tags

Docker 컨테이너는 단순 출시에서 단순 스튜디오 5를 사용하여 빌드된 RCP와 함께 사용되어야 합니다. 컨테이너 태그 버전이 테스트 중인 GSDK 버전과 일치하는지 확인합니다. 예를 들어 예시 프로젝트 선택 창에서 ot-rcp을 선택할 때 GDSK 버전이 Gecko SDK Suite v4.0.1 (140)인 경우 siliconlabsinc/openthread-border-router:gsdk-4.0.1 이미지를 사용합니다.

GSDK 버전

Raspberry Pi 설정

  1. SD 카드에서 Raspbian Stretch Lite OS 이미지 또는 Raspbian Stretch(데스크톱)를 플래시합니다.
  2. Raspberry Pi에 SSH를 사용하거나 Raspbian 데스크톱을 직접 사용하여 선택할 수 있습니다. 터미널을 엽니다.
  3. Docker를 설치하기 전에 로컬 저장소와 패키지 관리자 (apt-get update, apt-get Upgrade)를 업데이트해야 합니다.

Docker 이미지 설치

  1. RPi에 다음 명령어를 사용하여 Docker를 설치합니다.
    curl -sSL https://get.docker.com | sh
    
  2. 완료되면 각 명령어 앞에 sudo를 요구하지 않도록 Docker 사용자 설정을 수정할 수 있습니다. 재부팅이 필요합니다.
    sudo usermod -aG docker $USER
    
  3. 다음 명령어를 실행하여 컨테이너를 설치합니다. RCP를 사용하면 한 번에 하나의 경계 라우터 컨테이너만 실행할 수 있습니다. 또한 Simplicity Studio GSDK와 올바른 Docker 이미지를 일치시켜야 합니다. 예를 들면 gsdk-4.0.1:
    docker pull siliconlabsinc/openthread-border-router:gsdk-4.0.1
    
    입니다.

docker 구성 및 실행

  1. 시작 시 OTBR을 사용하여 RCP를 연결하는 데 사용할 TTY 포트를 구성해야 합니다. RCP 기기의 TTY 포트를 찾습니다. 가장 쉬운 방법은 RCP가 연결되면 /tty/dev... 항목을 찾는 것입니다. 일반적으로 /dev/ttyUSB0 또는 /dev/ttyACM0이어야 합니다.
  2. 다음 명령어를 사용하여 Docker 설치를 실행합니다. Docker 이미지 이름을 일치하는 GSDK 버전으로 바꿔야 합니다. 예를 들면 gsdk-4.0.1:
    docker run -d --name "otbr" \
     --sysctl "net.ipv6.conf.all.disable_ipv6=0 net.ipv4.conf.all.forwarding=1 net.ipv6.conf.all.forwarding=1" \
     -p 8080:80 --dns=127.0.0.1 -it \
     --volume /dev/ttyACM0:/dev/ttyACM0 \
     --privileged siliconlabsinc/openthread-border-router:gsdk-4.0.1 \
     --radio-url spinel+hdlc+uart:///dev/ttyACM0?uart-baudrate=460800 \
     --backbone-interface eth0
    
    • -d은 컨테이너가 분리 모드에서 실행되도록 합니다.
    • docker logs 명령어를 사용하여 컨테이너의 실행 중인 로그를 언제든지 확인할 수 있습니다.
    • --name은 Docker 컨테이너가 올바르게 닫히거나 삭제될 때까지 고정됩니다.
    • 포트 8080은 경계 라우터 관리 웹페이지를 호스팅하는 웹 서버의 포트를 나타냅니다.
    • 긴 URL IPv6 패킷을 사용하는 DTLS와 같은 값비 operations 작업을 비롯하여 UART를 통해 조각화 / 재조립 문제를 해결하려면 라디오 URL 옵션에 ?uart-baudrate=460800가 필요합니다.

RCP 노드와 상호작용

docker가 실행 중이면 이 명령어를 사용하여 대화형 셸을 통해 RCP 노드와 통신할 수 있습니다. RCP 노드의 상태를 확인합니다.

$ docker exec -ti otbr sh -c "sudo ot-ctl"
> state 
disabled
Done

실행 중인 컨테이너 ID 목록을 가져올 수 있습니다.

$ docker ps -aq

OTBR Docker 컨테이너를 실행하는 창에서 Border Router의 로그 출력을 확인하거나 다음과 같이 컨테이너 로그를 추적할 수 있습니다.

$ docker logs [container-id] -f

원하는 경우 Docker 컨테이너가 올바르게 로드된 경우 이미지를 중지, 삭제 또는 종료할 수 있습니다.

$ docker stop otbr
$ docker rm otbr
$ docker kill otbr

선택사항: 셸을 종료하려면 CNTL + C를 사용합니다.

이제 3개의 콘솔이 있어야 합니다.

  1. 전체 스레드 기기로 설정된 Simplicity Studio의 ot-cli-ftd 콘솔 2개.
  2. OT 경계 라우터로 설정된 Raspberry Pi의 ot-ctl 대화형 셸 1개

이제 스레드 네트워크를 구성할 준비가 되었습니다.

8 스레드 네트워크 만들기

RCP 설정

네트워크를 만들기 위해 RCP 노드와 통신하는 데 사용되는 OTBR의 ot-ctl 셸로 시작합니다. 다음 명령어를 아래 표시된 순서대로 입력합니다.

색인

명령어

명령어 설명

예상 응답수

1

dataset init new

새 네트워크 구성을 만듭니다.

완료

2

dataset commit active

새 데이터세트를 활성 작업 데이터세트에 커밋합니다.

완료

3

ifconfig up

스레드 인터페이스를 사용 설정합니다.

완료

4

thread start

스레드 프로토콜 작업을 사용 설정하고 연결합니다.

완료

스레드 인터페이스가 작동될 때까지 10초 동안 기다립니다.

5

state

기기 상태를 확인합니다. 최우수 대안이어야 합니다.
기타 가능한 상태: 오프라인, 사용 중지됨, 분리됨,
하위, 라우터, 리더

최우수 대안
완료

6

dataset

네트워크 구성을 봅니다.
이 값은 이 Codelab과 다릅니다.
채널, 네트워크 키,
네트워크 이름 및 PAN ID를 기록해 두세요.

활성 타임스탬프: 1
채널: 20
채널 마스크: 0x07fff800
외부 Pan ID: 39ba71f7fc367160
메시 로컬 프리픽스: fd5c:c6b:3a17:40b9::/64
네트워크 키: 81ae2c2c17368d585dee71eaa8cf1e90
네트워크 이름: OpenThread-008c
PAN ID: 0x008c
PSKc: c98f0193d4236025d22dd0ee614e641f
보안 정책: 0, onrcb
설정

ot-cli-ftd의 채널 번호와 네트워크 키를 사용하여 두 FTD를 이 스레드 네트워크에 조인합니다.

스레드 네트워크에 FTD 설정 및 추가 (대역 외 메서드)

대역 외 방법으로 모든 보안 정보를 파악하고 노드를 수동으로 추가합니다. 단순 콘솔에서는 아래에 표시된 순서대로 다음 명령어를 사용하여 두 FTD를 네트워크에 추가합니다.

색인

명령어

명령어 설명

예상 응답수

1

dataset channel 20

OTBR에서 사용하는 채널을 설정합니다.

완료

2

dataset networkkey 81ae2c2c17368d585dee71eaa8cf1e90

기기를 스레드 네트워크에 연결하려면 네트워크 키만 있으면 됩니다.

완료

3

dataset commit active

새 데이터세트를 활성 작업 데이터세트에 커밋합니다.

완료

4

ifconfig up

스레드 인터페이스를 사용 설정합니다.

완료

5

thread start

스레드 프로토콜 작업을 사용 설정하고 연결합니다.

완료

기기가 연결되고 구성되는 동안 20초 동안 기다립니다.

6

state

네트워크 구성을 봅니다.

자녀
완료

스레드 기기 간 통신

ping 명령어를 사용하여 기기가 서로 통신할 수 있는지 확인합니다. ping 명령어를 사용하려면 기기의 IPv6 주소가 필요합니다. 이는 ipaddr 명령어를 사용하여 얻을 수 있습니다.

> ipaddr
fd5c:c6b:3a17:40b9:0:ff:fe00:fc00		# Leader Anycast Locator (ALOC)
fd5c:c6b:3a17:40b9:0:ff:fe00:1800		# Routing Locator (RLOC)
fd5c:c6b:3a17:40b9:84e2:bae8:bd5b:fa03		# Mesh-Local EID (ML-EID)
fe80:0:0:0:c449:ca4a:101f:5d16			# Link-Local Address (LLA)

두 FTD 모두에서 OTBR의 RLOC 주소를 사용하여 OTBR을 핑합니다.

> ping fd5c:c6b:3a17:40b9:0:ff:fe00:1800
Done
> 
> 16 bytes from fd5c:c6b:3a17:40b9:0:ff:fe00:1800: icmp_seq=3 hlim=64 time=30ms
16 bytes from fd5c:c6b:3a17:40b9:0:ff:fe00:1800: icmp_seq=3 hlim=64 time=52ms

응답은 수신된 페이로드와 통신이 성공했음을 나타냅니다. OTBR에서 FTD를 핑하는 프로세스를 반복합니다.

9. 축하합니다

스레드 네트워크를 만들었습니다.

학습 내용:

  • Silicon Labs Simplicity Studio IDE를 사용하여 OpenThread 프로젝트를 만드는 방법.
  • OpenThread CLI 바이너리를 빌드하고 Silicon Labs 라디오 보드로 플래시하는 방법
  • Docker를 사용하여 Raspberry Pi 3B+ 이상을 OpenThread Border Router (OTBR)로 설정하는 방법.
  • OTBR에서 스레드 네트워크를 생성하는 방법
  • 스레드 네트워크에 기기의 대역 외 위임
  • ping 명령어를 사용하여 노드 간의 스레드 통신을 확인하는 방법

추가 자료

Openthread.ioGitHub에서 다음을 포함한 다양한 OpenThread 리소스를 확인하세요.

10. 선택적 펌웨어 설정 - 데모

데모는 호환되는 기기에 다운로드할 수 있는 사전 빌드된 펌웨어 이미지입니다. Simplicity Studio에서 파트를 사용할 수 있는지 확인하는 가장 빠른 방법은 디버그 어댑터 뷰에서 파트를 클릭한 후 런처 관점의 예 프로젝트 및 데모 탭으로 이동하는 것입니다. 예시 프로젝트 필터를 사용 중지하고 기술 유형 아래에서 스레드 라디오 체크박스를 선택합니다.

스튜디오 데모

OpenThread SDK와 함께 제공되는 사전 컴파일된 데모 애플리케이션 이미지는 다음 보드와 호환됩니다.

  1. BRD4161A
  2. BRD4166A
  3. BRD4168A
  4. BRD4180A
  5. BRD4304a

이 목록은 향후 SDK 버전에서 더 많은 무선 보드를 포함하도록 업데이트될 수 있습니다. 지원되는 부품의 전체 목록은 문서 아래의 Silicon Labs OpenThread SDK 출시 노트를 참조하세요.

각 보드에서 다음 데모를 플래시하세요. 플래시하려면 왼쪽의 디버그 어댑터에서 보드를 선택하고 해당하는 샘플 애플리케이션의 실행을 클릭합니다. 팝업 창에 플래시 진행 상황이 표시됩니다.

  1. BRD4166A: ot-rcp — 이 기기는 OT 경계 라우터의 무선 통신 프로세서 역할을 합니다. 이 기기를 사용하여 스레드 네트워크를 생성하고 스레드 네트워크에 있는 다른 두 기기를 온보딩합니다. 경계 라우터 역할을 하는 기기는 인터넷상에서 통신하는 스레드 네트워크의 기기에 대한 게이트웨이 역할도 합니다.
  2. BRD4168A 2개: ot-cli-ftd — 이 두 기기는 전체 스레드 기기로 작동합니다. OTBR에서 생성한 스레드 네트워크에 조인합니다.