시리얼 통신 속도 설정 - silieol tongsin sogdo seoljeong

2. 시리얼 통신 규격

Notice: 본 포스트는 IoT (1) - 시리얼 통신 포스트의 후반부 내용과 이어집니다.

이전 포스트에서는 시리얼 통신에 대한 간략한 개념과 비동기식 시리얼 통신 (이하 UART 통신) 에서 어떤 식으로 데이터를 전송하는지에 대해 언급하였다. 다음 데이터 프레임 (포맷) 그림에서 각 영역(i.e. Start, Data, .etc) 아래의 숫자는 해당 영역의 bits 사이즈를 보여준다.

UART 통신에서 데이터 프레임의 시작과 끝이 Start bit와 Stop bit라는 것은 알고 있지만, 위 그림에서 볼 수 있듯이 Start bit 이외의 영역은 크기가 고정되어 있지 않음을 확인할 수 있다. 따라서, UART 인터페이스로 정보를 주고 받기 위해서는 사전에 통신 규격을 동일하게 설정해줘야 한다.

2.1 비동기식 시리얼 통신 규격

UART 통신을 이용하기 위해서는 크게 다음의 두 가지 항목을 사전에 정의해줘야 한다.

• Baud rate
• Size of each frame field

2.1.1 보드 레이트 (Baud rate)

먼저, Baud rate 값은 신호의 전송 속도를 명시한다. UART 통신에서는 별도의 클럭을 이용하지 않기 때문에 어디서부터 어디까지를 하나의 신호로 판단해야할 것인지를 알아야 하고, 이는 곧 신호의 전송 속도와 연관된다.

예를 들어 1초 간격으로 신호를 구분하는 경우 1초 동안 1이란 신호가 유지되는 경우, 그대로 1 이란 정보를 수신했다고 판단할 것이다. 하지만, 0.5초 간격으로 신호를 구분하는 장치에서 1초 동안 1 신호가 유지되는 경우에는 11이란 정보를 수신했다고 판단하게 될 것이다.

따라서, 정상적으로 데이터를 주고받기 위해서는 사전에 Baud rate 값을 이용해 통신 속도를 명시해줘야 한다. 일반적으로 Baud rate 의 단위로는 bps = bits per second를 사용하며, 이는 1초당 전송하는 bit 수를 명시한다.

주로 사용되는 표준 bps 값: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200

UART 인터페이스의 통신 속도를 Baud rate 라고 소개하였고 보편적으로도 그렇게 언급되지만, 실제로 Baud rate 는 초당 전송 가능한 Symbol (의미있는 데이터의 묶음)의 개수를 정의하는 단위이다. 예를 들어, Symbol = 1 bit 인 경우에는 Baud rate 는 bps 단위를 갖게 되며, 1 Baud = 1 bps로 표현 가능하다. 하지만, Symbol = 1 byte = 8 bits 인 경우는 1 Baud = 8 bps 가 된다. 표준 전송 속도 단위를 예로 들면, 9600 bps = 1200 Baud 가 되는 것이다.

Notice: 혹시나 Baud 개념에 대해 잘 이해되지 않더라도, 대부분 경우 bps 단위를 기준으로 전송 속도를 명시하므로 크게 걱정하지 않아도 될 것이다.

2.1.2 프레임 사이즈 (Size of each frame field)

다음으로, 전송 속도와 함께 데이터 프레임 각 영역 (field)의 사이즈도 정의해줘야 한다. 일반적으로 Data bit는 1 bytes = 8 bits 사이즈로 설정되고, Stop bit는 1 bit, Parity bit는 0 bit로 설정하지만, 이는 UART 통신을 사용하는 환경에 따라 상이할 수 있다.

데이터 전송 속도가 9600 bps 이고, Stop bit는 1 bit 이며, Parity bit가 0 bit인 디바이스의 UART 통신 규격은 다음과 같이 명시하기도 한다: 9600 8N1

2.2 아두이노 예제

아두이노 통합 개발환경 (Arduino IDE)에서는 시리얼 모니터 (Ctrl+Shift+M) 기능을 제공해주는데, 일종의 출력 콘솔 창이라고 생각하면된다. Visual studio 와 같은 컴파일러에서 C 언어로 프로그램을 작성할 때, printf 와 같은 표준 함수를 사용하면 문자열이나 변수를 콘솔 창에 출력할 수 있는 것처럼, 시리얼 모니터를 이용할 경우 아두이노 보드 내의 변수 값을 PC 에서 확인해볼 수 있다.

위 그림에서 Serial.begin(9600) 코드는 시리얼 통신을 위해 아두이노 보드의 UART 모듈을 활성화시키는 부분이고, 본 예제에서는 Baud rate 를 9600 bps로 설정해주고 있다. Arduino IDE 에서 지원해주는 시리얼 모니터에 값을 출력하는 경우에는 Baud rate 만을 입력하는 것으로 충분하지만, UART 인터페이스를 이용해 디바이스와 통신하는 경우에는 통신 속도 이외에도 Tx/Rx pin, Parity/Stop bit 에 대한 정보도 입력해줘야 한다.

2.3 시리얼 통신 프로그램

Arduino IDE 이외의 개발 환경의 경우 시리얼 모니터와 같은 기능이 없을 수 있는데, 그럴 경우에는 시리얼 통신 프로그램을 이용해 PC 에 원하는 값을 출력할 수 있다. 뿐만 아니라 아두이노 보드 또한 Arduino IDE 시리얼 모니터 대신 별도의 시리얼 통신 프로그램을 이용해 값을 출력할 수 있다 (i.e. Tera Term, Real Term, Termite, .etc).

다음은 Tera Term 프로그램을 이용해 아두이노 보드의 값을 출력하는 과정의 예이다. 먼저, 프로그램을 실행 시킨 뒤 메뉴(F) -> 새로 만들기 (N)를 누르면, 아래 그림처럼 시리얼 통신으로 연결 가능한 디바이스가 나타나게 된다.

디바이스를 선택한 뒤에는 설정(S) -> 시리얼포트(E)에서 통신 규격을 설정해줘야 한다. 위의 아두이노 예제 코드에서는 Baud rate 만 설정해주었는데, 나머지 규격에 대해서는 기본 값을 모르기 때문에 일단은 통신 속도에 대해 9600 bps로 설정해주었다.

아래 그림에서 볼 수 있듯이, Arduino IDE 의 시리얼 모니터와 동일하게 아두이노 내부의 값이 정상적으로 출력되는 것을 확인할 수 있다 (Hello World! 이외의 값은 적외서 리모콘 예제 테스트 값이므로 신경쓰지 않아도 된다.).

위의 예제를 통해 다른 시리얼 통신 프로그램에서도 정상적으로 정보를 주고 받을 수 있음을 확인하였다. 추가적으로, 정상적으로 통신이 된다는 것은 시리얼 통신 규격이 일치한다는 것을 의미하므로, Arudino IDE 시리얼 모듈에서 Data bit: 8, Parity bit: 0, Stop: 1 를 디폴트 통신 규격으로 사용한다는 것 또한 확인할 수 있었다.

Referecnce

https://learn.sparkfun.com/tutorials/serial-communication

http://blueheartscabin.blogspot.com/2014/01/baud-rate-bit-rate.html