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

1. 소개

Google의 OpenThread (OT)는 스레드의 오픈소스 구현입니다. Google은 커넥티드 홈 및 상용 건물의 제품 개발을 가속화하기 위해 Google Nest 제품에 사용되는 네트워킹 기술을 개발자가 더 광범위하게 이용할 수 있도록 OpenThread를 출시했습니다. 좁은 플랫폼 추상화 레이어와 작은 메모리 공간을 통해 OpenThread는 이식성이 높습니다. SoC (단일 칩 시스템) 및 NCP (네트워크 보조 프로세서) 설계를 모두 지원합니다.

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

Silicon Labs에는 향상된 실리콘 실험실 하드웨어와 호환되는 OpenThread가 있습니다. 이 소스 코드는 GitHub에서 사용할 수 있으며 Simplicity Studio 5 (SSv5)에 설치된 소프트웨어 개발 키트 (SDK)로도 사용됩니다. SDK에는 완전히 테스트된 GitHub 소스 코드의 스냅샷이 포함되어 있습니다. GitHub 버전보다 광범위한 하드웨어를 지원하며 GitHub에서 제공되지 않는 문서 및 애플리케이션 예를 포함합니다.

이 가이드에서는 Silicon Labs OpenThread SDK 및 Simplicity Studio 5를 사용하여 OpenThread 애플리케이션 개발을 시작하는 방법을 설명합니다. 아래 이미지는 OT 보드 라우터 (OTBR)와 2개의 스레드 기기가 Codelab에 사용된 보드 (BRD)와 하드웨어를 설정하는 모습입니다.

학습할 내용

• Silicon Labs Simply Studio IDE를 사용하여 OpenThread 프로젝트를 만드는 방법
• OpenThread CLI 바이너리를 빌드하여 Silicon Labs 라디오 보드에 플래시하는 방법
• Docker를 사용하여 Raspberry Pi 3B 이상을 OpenThread Border Router (OTBR)로 설정하는 방법
• OTBR에서 스레드 네트워크를 만드는 방법
• 스레드 네트워크에 기기의 대역 제한이 있습니다.
• ping 명령어를 사용하여 노드 간의 스레드 통신을 확인하는 방법

2. 기본 요건

하드웨어:

1. 3 EFR32MGxx 라디오 보드 - 이 모든 기기 조합을 사용할 수 있습니다. 이 Codelab에서는 BRD4166A를 RCP로 사용하고 BRD4168As 2개를 전체 스레드 기기로 사용합니다.
   • EFR32MG12 (BRD4161A, BRD4166A, BRD4170A, BRD4304A)
   • EFR32MG13 (BRD4168A)
   • EFR32MG21 (BRD4180A, BRD4180B)
   새롭게 시작하는 경우 위에 나열된 보드가 있는 EFR32 스레드 스타터 키트 중 하나를 받을 수 있습니다.
2. BRD4001A: 무선 보드를 호스팅하는 무선 시작 기본 보드 (WSTK)입니다. BRD4166A를 제외하고 모든 라디오 보드에는 각각 시작 기본 보드가 필요합니다. 미니 BRD4166A용 기본 USB 보드 또는 마이크로 USB 케이블에 연결하고 전원을 공급하는 케이블

3. Raspbian Stretch Lite OS 이미지 또는 Raspbian Stretch with Desktop을 통해 이더넷을 통해 인터넷에 연결된 Raspberry Pi 3B 이상 이를 OT 보더 라우터로 구성합니다.
4. USB 포트가 2개 이상이고 인터넷 연결이 가능한 Windows/Linux/Mac 호스트 시스템 SSv5에서 하드웨어 및 OS 요구사항을 확인합니다.
5. Raspberry Pi를 인터넷에 연결하기 위한 하나 이상의 이더넷 케이블 WSTK는 IP를 통한 디버그 및 플래시도 지원하므로 선택적으로 이더넷 케이블을 사용하여 이더넷 스위치를 통해 WSTK를 호스트 시스템에 연결할 수 있습니다.

소프트웨어:

• Simply Studio v5는 Windows 및 Linux/Mac 호스트 시스템에 설치 및 업데이트되어
  • GNU ARM 도구 모음
  • Gecko SDK Suite 3.2.0 이상 및 Silicon Labs OpenThread SDK

file_downloadSimply Studio 5 다운로드

3. 하드웨어 설정

이 Codelab은

1. 왼쪽 그림과 같이 EFR32MG12 BRD4166A 썬더보드 Sense 2
2. 오른쪽에 나와 있는 두 개의 EFR32MG13 BRD4168A입니다.
3. Simply Studio v5는
   1. Gecko SDK 3.2.0
   2. GNU ARM v7.2.1

아래 이미지와 같이 각 무선 스타터 키트 기본 보드를 USB로 호스트 컴퓨터에 연결합니다. 이러한 연결을 통해 RCP 및 최종 기기의 프로그래밍 및 네트워크 분석을 허용합니다. 먼저 호스트 컴퓨터를 사용하여 OT-rcp 펌웨어를 사용하여 BRD4166A를 프로그래밍한 후 최종적으로 Raspberry Pi에 연결합니다. 필요한 경우 최종 기기를 공통 이더넷 스위치를 통해 호스트 컴퓨터에 연결할 수 있습니다. 스타터 키트는 IPv4를 통한 프로그래밍 및 네트워크 분석도 지원합니다.

4. 펌웨어 설정

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

1. 프로젝트: (권장사항) 샘플 애플리케이션을 만들고 빌드하고 플래시합니다. 이 옵션을 사용하면 프로젝트에서 애플리케이션을 맞춤설정할 수 있습니다.
2. 데모: (선택사항) 사전 빌드된 데모를 라디오 보드에서 직접 샘플 애플리케이션에 플래시합니다. 사용자는 데모 펌웨어 설정을 선택적 연습으로 설정하는 것이 좋습니다. 자세한 내용은 이 Codelab 끝에 있는 '선택적 펌웨어 설정 - 데모' 섹션을 참조하세요.

이 Codelab에서는 프로젝트 기반 메서드를 사용합니다.

예시를 사용하여 프로젝트 만들기

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

1. Studio의 File 메뉴를 열고 New > Silicon Labs Project Wizard를 선택합니다. Target, SDK, Toolchain Selection 대화상자가 열립니다. OpenThread에서 지원되는 기본 Simply IDE / GNU 도구 모음은 변경하지 않습니다. '다음'을 클릭합니다.
   • 타겟 보드: 선택한 라디오 보드 (BRD4168A)를 기본 보드 (BRD4001A)와 함께 표시합니다.
   • 대상 기기: 이 필드에는 마이크로컨트롤러 칩 (MCU)이 표시되어 있습니다. BRD4168A에는 EFR32MG13 MCU 온보드가 있습니다.
   • SDK: 작업 중인 OT의 SDK 버전을 선택할 수 있습니다. 도구 모음 정보에는 SDK 태그와 OpenThread의 Silicon Labs 빌드(예: Platform 4.0.1.0 및 OpenThread 2.0.1.0 (GitHub-55af6ce2c))가 포함됩니다.
   • IDE/ Toolchain: OT 프로젝트를 컴파일하는 데 사용될 도구 모음. 여기서는 GNU ARM을 사용합니다.

2. 예시 프로젝트 선택 대화상자가 열립니다. 예시 프로젝트 목록이 표시됩니다. Thread 기술 유형 및 키워드 필터를 사용하여 특정 예를 검색합니다. Gecko SDK 도구 모음 버전 번호를 기록해 둡니다. Raspberry Pi를 Border Router로 설정할 때 이 버전 태그가 필요합니다. ot-cli-ftd를 선택한 후 다음을 클릭합니다.

3. 프로젝트 구성 대화상자가 열립니다. 여기에서 프로젝트 이름을 변경하고, 기본 프로젝트 파일 위치를 변경하고, 프로젝트 파일에 연결하거나 링크를 복사할지 여부를 결정할 수 있습니다. 연결된 프로젝트 파일은 SDK를 가리키게 되며, 수정된 내용은 SDK에서 생성되고 향후 프로젝트에 사용됩니다. 프로젝트 소스를 복사하면 프로젝트-로컬 사본을 수정하여 SDK 파일을 그대로 유지할 수 있습니다. 'SDK 연결 및 프로젝트 소스 복사'가 기본값이며 권장되는 옵션입니다. 완료를 클릭합니다.

4. Simply IDE Perspective는 개요 탭에 프로젝트 구성자가 열려 있습니다.

프로젝트는 소프트웨어 구성요소 탭에서 구성요소를 설치 및 제거하고 설치된 구성요소를 구성하여 구성합니다. 설치된 구성요소가 확인됩니다. Installed Components(설치된 구성요소)를 클릭하여 예시 애플리케이션에서 설치한 구성요소 목록을 필터링합니다. 모든 변경사항은 자동 저장되며 프로젝트 파일은 자동 생성됩니다. 진행률은 Simply IDE 관점의 오른쪽 하단에 표시됩니다.

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

프로젝트 빌드 및 플래시

ot-rcp 및 ot-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 Build Project를 클릭할 수 있습니다.

2. 진행률은 콘솔에 표시되며 진행률 표시줄은 오른쪽 하단에 표시됩니다. 프로젝트와 관련된 오류 또는 경고도 이 출력 창에 표시됩니다.

3. 프로젝트가 빌드되면 바이너리 이미지가 생성됩니다. Project Explorer 뷰에서 바이너리 이미지를 플래시할 수 있습니다. 컴파일러 하위 디렉터리에서 .bin, .hex 또는 .s37 파일을 찾습니다. 파일을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭한 다음 기기에 플래시를 선택합니다. 연결된 기기가 둘 이상인 경우 프로그래밍할 기기를 선택하고 확인을 클릭합니다. 플래시 프로그래머가 열리고 파일 경로가 채워집니다. 프로그램을 클릭합니다.

5. 펌웨어 설정 요약

이제 라디오 보드에서 적절한 펌웨어를 만들고 컴파일한 후 플래시해야 합니다. ot-rcp가 BRD4166A로 플래시되면 호스트 시스템에서 연결 해제하고 이 보드를 Raspberry Pi에 연결합니다.

이 섹션을 완료하면 스레드 네트워크 하드웨어가 다음과 같이 표시됩니다.

6. ot-cli-ftd 기기의 직렬 콘솔 설정

Console 인터페이스를 시작하려면 Simply IDE 관점에 따라 Devices View / Debug Adapter 창의 J-Link device를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하세요. 콘솔 실행을 선택합니다. Console에서 메시지를 표시하려면 Serial 1 탭을 선택하고 Enter 키를 누릅니다. FTD 노드의 상태를 확인합니다.

ot-rcp용 콘솔이 아직 없는 것을 확인할 수 있습니다. 다음 단계에서는 Raspberry Pi를 OT 테두리 라우터로 구성하고 ot-rcp용 콘솔을 설정합니다.

7. Raspberry Pi를 보더 라우터로 설정

Silicon Labs는 OTBR을 통해 회사의 Docker 컨테이너를 배포하도록 권장합니다. 컨테이너에서 OTBR을 실행하면 손쉽게 배포할 수 있는 아티팩트와 신속한 개발 프로토타입 제작 및 테스트를 생성할 수 있습니다.

Silicon Labs OTBR 이미지는 siliconlabsinc DockerHub에서 태그 및 호스팅됩니다. 각 태그는 GSDK 버전에 상응합니다.

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

Docker 컨테이너는 지정된 버전에 Simply Studio 5를 사용하여 빌드된 RCP와 함께 사용해야 합니다. 컨테이너 태그 버전을 테스트 중인 GSDK 버전과 일치시켜야 합니다. 예를 들어 프로젝트 선택 예 창에서 ot-rcp를 선택한 경우 GDSK 버전이 Gecko SDK Suite v4.0.1 (140)이면 siliconlabsinc/openthread-border-router:gsdk-4.0.1 이미지를 사용합니다.

Raspberry Pi 설정

1. SD 카드에서 Raspbian Stretch Lite OS 이미지 또는 Raspbian Stretch with Desktop을 플래시해야 합니다.
2. Raspberry Pi에 SSH로 연결하거나 Raspbian Desktop을 직접 사용하도록 선택할 수 있습니다. 터미널을 엽니다.
3. Docker를 설치하기 전에 로컬 저장소와 패키지 관리자를 업데이트해야 합니다 (apt-get update 및 apt-get 업그레이드).

Docker 이미지 설치

1. RPi에 다음 명령어를 사용하여 Docker를 설치합니다.

   curl -sSL https://get.docker.com | sh
   

2. 완료 후에 각 명령어 앞에 sudo를 사용하지 않도록 Docker 사용자 설정을 수정할 수 있습니다. 재부팅해야 합니다.

   sudo usermod -aG docker $USER
   

3. 다음 명령어를 실행하여 컨테이너를 설치합니다. RCP로 한 번에 하나의 Border Router 컨테이너를 실행할 수 있습니다. 또한 Simply Studio GSDK 버전을 올바른 Docker 이미지와 일치시켜야 합니다. 예:gsdk-4.0.1:

   docker pull siliconlabsinc/openthread-border-router:gsdk-4.0.1
   

Docker 구성 및 실행

1. OTBR에서 시작할 때 RCP를 연결하는 데 사용할 TTY 포트를 구성해야 합니다. RCP 기기의 TTY 포트를 찾습니다. 가장 쉬운 방법은 RCP가 연결된 후 /tty/dev... 항목을 찾는 것입니다. 일반적으로 /dev/ttyUSB0 또는 /dev/ttyACM0여야 합니다.
2. 다음 명령어를 사용하여 Docker 설치를 실행합니다. Docker 이미지 이름을 해당하는 GSDK 버전으로 바꿔야 합니다. 예를 들면 gsdk-4.0.1입니다.

   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
   

   • -d는 컨테이너가 분리 모드에서 실행되도록 합니다.
   • docker logs 명령어를 사용하면 언제든지 컨테이너의 실행 로그를 볼 수 있습니다.
   • --name는 Docker 컨테이너가 제대로 닫히거나 삭제될 때까지 고정됩니다.
   • 포트 8080은 Border Router 관리 웹페이지를 호스팅하는 웹 서버의 포트를 나타냅니다.
   • UURL을 통한 조각화 / 재조립 문제 및 긴 IPv6 패킷이 포함된 DTLS와 같이 비용이 많이 드는 작업을 해결하려면 라디오 URL 옵션에서 ?uart-baudrate=460800이 필요합니다.

RCP 노드와 상호작용

Docker가 실행되면 다음 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, 제거 또는 종료할 수 있습니다.

$ docker stop otbr

$ docker rm otbr

$ docker kill otbr

선택사항: 셸을 종료하려면 CNTL + C를 사용합니다.

이제 콘솔이 3개 있습니다.

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

이제 스레드 네트워크를 만들 준비가 되었습니다.

8. 스레드 네트워크 만들기

RCP 설정

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

두 개의 FTD를 이 스레드 네트워크에 조인하기 위해 ot-cli-ftd에 채널 번호와 네트워크 키를 사용합니다.

FTD를 설정하고 스레드 네트워크에 추가 (대역 방법)

대역 외 메서드를 사용하면 모든 보안 정보를 파악하여 수동으로 노드를 추가할 수 있습니다. 단순성 콘솔에서는 아래와 같은 순서로 두 FTD를 네트워크에 추가합니다.

스레드 기기 간 통신

ping 명령어를 사용하여 기기 간 통신이 가능한지 확인합니다. ping 명령어를 사용하려면 기기의 IPv6 주소가 필요합니다. 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 FTD에서 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

대화목록 네트워크를 만들었습니다!

이제

• Silicon Labs Simply Studio IDE를 사용하여 OpenThread 프로젝트를 만드는 방법
• OpenThread CLI 바이너리를 빌드하여 Silicon Labs 라디오 보드에 플래시하는 방법
• Docker를 사용하여 Raspberry Pi 3B 이상을 OpenThread Border Router (OTBR)로 설정하는 방법
• OTBR에서 스레드 네트워크를 만드는 방법
• 스레드 네트워크에 기기의 대역 제한이 있습니다.
• ping 명령어를 사용하여 노드 간의 스레드 통신을 확인하는 방법

추가 자료

openthread.io 및 GitHub에서 다음과 같은 다양한 OpenThread 리소스를 확인하세요.

• 지원되는 플랫폼 - OpenThread를 지원하는 모든 플랫폼 탐색
• OpenThread 빌드: OpenThread 빌드 및 구성에 관한 추가 세부정보
• Thread Primer - 이 Codelab에 포함된 모든 스레드 개념을 다룹니다.
• Silicon Labs OpenThread Training - OpenThread 소개, 의뢰와 보더 라우터, OpenThread 네트워크를 만드는 실무형 연습에 대해 설명합니다.
• QSG170: Silicon Labs OpenThread 빠른 시작 가이드: Silicon Labs 스레드 개발을 시작하는 프로세스를 자세히 다룹니다.
• AN1256: OpenThread Border 라우터와 함께 Silicon Labs RCP 사용: Raspberry Pi 보더 라우터 호스트의 빌드 및 설치 안내

10. 펌웨어 설정(선택사항) - 데모

데모는 호환되는 기기에 다운로드할 준비가 된 사전 빌드된 펌웨어 이미지입니다. Simply Studio에서 데모를 사용할 수 있는지 확인하는 가장 빠른 방법은 디버그 어댑터 뷰에서 파트를 클릭한 후 Launcher Perspective의 EXAMPLE PROJECTS & DEMOS 탭으로 이동하는 것입니다. 예시 프로젝트 필터를 사용 중지하고 기술 유형 아래에서 스레드 라디오 체크박스를 선택합니다.

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

1. 4,161A
2. 4,166A
3. 4,168A
4. 4,180헤알
5. BRD4304A

이 목록은 더 많은 라디오 보드를 포함하도록 향후 SDK 버전에서 업데이트될 수 있습니다. 지원되는 부분의 전체 목록은 문서에서 Silicon Labs OpenThread SDK 출시 노트를 참고하세요.

각 보드에 다음 데모를 플래시합니다. 플래시하려면 왼쪽의 디버그 어댑터에서 보드를 선택하고 해당 샘플 애플리케이션의 '실행'을 클릭합니다. 플래시 진행률이 표시된 팝업 창이 표시됩니다.

1. BRD4166A: ot-rcp - 이 기기가 OT 보더 라우터의 무선 공동 프로세서로 작동합니다. 이 기기를 사용하여 스레드 네트워크를 만들고 스레드 네트워크에 있는 다른 두 기기를 온보딩합니다. 이 기기는 Border Router가 되므로 스레드 네트워크의 기기가 인터넷을 통해 통신할 수 있는 게이트웨이 역할을 합니다.
2. 2개의 BRD4168A: ot-cli-ftd — 이 두 기기가 전체 스레드 기기 역할을 합니다. OTBR에서 생성한 스레드 네트워크에 연결됩니다.