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title: "Serial to Ethernet 설계 완전정복: 회로부터 펌웨어까지"
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author: "Alan"
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published: "2025-05-08"
language: "ko"
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source: "WIZnet Makers (https://maker.wiznet.io/)"
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# Serial to Ethernet 설계 완전정복: 회로부터 펌웨어까지

> 기존 시리얼 통신 기반의 장비를 네트워크로 확장하고 싶으신가요? 본 포스트에서는 Serial to Ethernet 설계를 통해 장비를 원격 제어할 수 있는 구체적인 적용 방법을 다룹니다.

Original author: Alan

## Article

## 1. Serial to Ethernet이란 무엇인가

![](https://maker.wiznet.io/upload/ckeditor5/466326916%5F1746694748%2Epng)

**Serial to Ethernet**은 전통적인 **시리얼(Serial) 통신 장비**를 **이더넷(Ethernet)** 네트워크에 연결하여, 기존 장비의 통신 범위와 기능을 확장하는 기술적 방법이다. 시리얼 통신은 산업 자동화 장비, POS 시스템, 의료기기 등 다양한 분야에서 오랫동안 사용되어 왔으며, 통신 방식의 간단함과 저렴한 비용으로 인해 여전히 널리 사용되고 있다.

하지만 시리얼 통신에는 다음과 같은 한계가 존재한다:

**물리적 거리의 제한**: RS-232는 약 15m, TTL은 수 미터 이내로 제한됨

**동시 연결 제한**: 기본적으로 점대점(Point-to-Point) 통신 구조

**인터넷 연동의 어려움**: IP 기반 네트워크와 직접 연동 불가

이러한 한계를 해결하기 위해 등장한 것이 **Serial to Ethernet** 솔루션이다. 이는 시리얼 데이터를 TCP/IP 패킷으로 변환하여 **LAN 또는 인터넷을 통해 전송**할 수 있게 해주며, 결과적으로 다음과 같은 이점을 제공한다.

### 주요 목적 및 이점

| 목적 | 설명 |
| --- | --- |
| **원격 제어 및 모니터링** | 장비의 물리적 위치에 관계없이 데이터 수신 가능 |
| **기존 시스템의 네트워크화** | 장비를 교체하지 않고도 인터넷 기반 시스템에 통합 |
| **클라우드 연동** | IoT 플랫폼과 연동하여 데이터 수집 및 분석 가능 |
| **보안 기능 적용 용이** | 방화벽, 암호화 등 네트워크 보안 적용 가능 |

구현 방식 분류

Serial to Ethernet 구현은 보통 다음 세 가지 방식 중 하나로 나뉜다:

**완성형 모듈/칩 사용**
시리얼 ↔ 이더넷을 처리하는 하드웨어 TCP/IP 엔진이 내장되어 있어 외부 MCU 없이도 구현 가능

**MCU + Ethernet 칩 직접 설계**
MCU가 TCP/IP 스택을 직접 처리하며, 유연하지만 구현 난이도가 높고 소프트웨어 개발 필요

**SBC 기반 소프트웨어 방식**
Raspberry Pi 등에서 소프트웨어로 시리얼 ↔ 이더넷 브리지 구현. 크기 및 소비전력은 비교적 큼

## 2. 시리얼 통신의 종류와 차이점

시리얼 통신(Serial Communication)은 데이터를 **비트 단위로 순차 전송**하는 방식으로, 병렬 통신에 비해 단순하고 장거리 통신에 적합하다. 다양한 전기적 표준이 존재하며, 대표적으로 **UART (TTL 레벨)**, **RS-232**, **RS-485**가 널리 사용된다. 각 방식은 물리적 특성, 통신 거리, 연결 형태 등이 다르므로 목적에 따라 적절한 선택이 필요하다.

### 2.1 UART (TTL 레벨)

**UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)**는 마이크로컨트롤러 등 디지털 회로에서 기본적으로 제공하는 시리얼 통신 방식으로, 전압 레벨은 **TTL(Transistor-Transistor Logic)**을 따른다.

**전압 레벨**: 3.3V 또는 5V

**통신 거리**: 1미터 이하 권장

**신호선 구성**: TX, RX (필요 시 GND 포함)

**특징**:

소프트웨어 기반 통신 (하드웨어 UART 포함)

잡음에 취약, 실드 및 거리 제한 있음

대부분의 MCU 보드에서 기본 제공

> 사용 예: 아두이노 ↔ 센서, 라즈베리파이 ↔ 디버깅 콘솔

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### 2.2 RS-232

**RS-232 (Recommended Standard 232)**는 PC와 모뎀 등 장비 간 통신을 위해 설계된 표준으로, TTL보다 높은 전압을 사용하여 장거리 통신이 가능하다.

**전압 레벨**: ±3V ~ ±15V (보통 ±12V)

**통신 거리**: 최대 약 15m

**신호선 구성**: 최소 3선 (TXD, RXD, GND), 최대 9핀(DB9)

**특징**:

직렬 통신의 대표 표준

노이즈 내성 우수

TTL 신호와 직접 연결 불가 → 전압 변환 회로 필요

> 사용 예: 산업용 장비, POS 시스템, 시리얼 프린터, 구형 PC

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### 2.3 RS-485

**RS-485**는 장거리 및 다중 장치 연결을 위한 산업 표준 통신 방식으로, 차동 신호(Differential Signaling)를 사용하여 신뢰성을 높인다.

**전압 레벨**: 차동 ±1.5V 기준

**통신 거리**: 최대 1200m (9600bps 기준)

**신호선 구성**: A, B (차동선), GND (선택적)

**특징**:

최대 32개 노드 지원

Half-duplex 통신이 일반적 (Full-duplex도 가능)

산업용 네트워크, 계장제어, 에너지 시스템 등에서 필수

> 사용 예: PLC, 온도 제어기, 에너지 미터, 모터 드라이버

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### 2.4 비교 요약표

| 구분 | 전압 레벨 | 통신 거리 | 다중 연결 | 사용 예시 |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| UART (TTL) | 3.3V / 5V | ~1m | 불가 | MCU ↔ 센서, 보드 간 통신 |
| RS-232 | ±12V | ~15m | 불가 | POS, PC ↔ 장비 |
| RS-485 | ±1.5V (차동) | ~1200m | 가능 (최대 32 노드) | 산업용 네트워크 시스템 |

## 3. 쉽고 빠른 Serial to Ethernet 구현 방식

시리얼 장비를 네트워크에 연결하기 위한 방법은 다양하지만, **간단하고 안정적으로 구현할 수 있는 대표적인 방법** 중 하나는 **하드웨어 TCP/IP 기능을 내장한 S2E (Serial to Ethernet) 칩셋**을 사용하는 것입니다. **WIZnet의 W55RP20 ioNIC**은 이러한 요구를 만족시키는 고성능 전용 칩으로, 별도의 MCU 없이도 시리얼 데이터를 이더넷 패킷으로 전환하는 기능을 제공합니다.

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### 3.1 W55RP20 개요

**W55RP20**은 WIZnet의 ioNIC (Internet offload NIC) 제품군에 속하며, 하드웨어 기반 TCP/IP 엔진을 내장하고 있어 고속의 안정적인 네트워크 통신이 가능합니다. 특히 Serial to Ethernet 기능이 내장되어 있어, 최소한의 외부 회로로 S2E 시스템을 구현할 수 있습니다. 또한, 아래의 모든 기능이 FW로 구현되어 있기때문에 FW Writing만으로 쉽게 기능들을 사용할 수 있습니다.

![Ethernet과 RP2040 MCU가 통합된 IoT 및 네트워크 최적화 솔루션](https://docs.wiznet.io/assets/images/w55rp20_overview-0625b584d2ea357e3bbc09fedc311b4a.png)

#### 주요 특징

**하드웨어 TCP/IP 스택 내장**

안정성과 속도 측면에서 MCU 기반 소프트웨어 TCP/IP보다 우수

**2-Port UART (Serial) 지원**

UART0/1을 독립적으로 또는 브릿지 모드로 활용 가능

**WIZS2E 펌웨어 탑재 가능**

AT Command 방식 및 Web 설정 페이지 제공

**RJ-45 PHY 내장 (또는 외장 PHY 지원)**

설계 유연성 확보

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### 3.2 Serial to Ethernet 구현이 쉬운 이유

W55RP20을 이용하면 일반적인 Serial to Ethernet 시스템에서 발생하는 복잡한 설계를 상당 부분 단순화할 수 있습니다.

| 구현 요소 | 기존 MCU 기반 방식 | W55RP20 방식 |
| --- | --- | --- |
| MCU 필요성 | 필요 (TCP/IP 처리) | 불필요 또는 최소 |
| TCP/IP 스택 | 직접 구현 | 칩 내장 |
| 펌웨어 개발 | 복잡 | 펌웨어 제공 |
| 설정 방법 | AT Command 또는 별도 앱 필요 | Web UI, Config Tool 제공 |
| 개발 난이도 | 높음 | 낮음 |

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### 3.3 적용 시나리오

**산업용 시리얼 장비를 LAN으로 연결할 때기존 RS-232/485 장비를 클라우드 서버와 연동할 때MCU 자원이 부족하거나 펌웨어 개발 리소스가 없는 경우**

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### 3.4 설계 방법

**Serial to Ethernet 설계**, 생각보다 어렵지 않습니다. 특히 **WIZnet의 W55RP20 ioNIC**을 활용하면 별도의 TCP/IP 스택 구현 없이도, 빠르게 안정적인 네트워크 연동 장치를 만들 수 있습니다.

WIZnet은 이를 위해 필요한 **하드웨어 회로도, BOM, PCB 레이아웃, 펌웨어, 설정툴**까지 모두 포함된 설계 자료를 제공합니다. 아래 링크를 통해 공개된 예제 프로젝트를 그대로 따라하기만 해도, 실제 적용 가능한 S2E 장치를 손쉽게 구현할 수 있습니다.

> 🔗 [**W55RP20 Serial to Ethernet 설계 프로젝트 보기 **](https://maker.wiznet.io/Alan/projects/w55rp20--serial-to-ethernet-design/)
> 🔗 [**공식 Hardware Design Guide 보기 (영문)**](https://docs.wiznet.io/Product/ioNIC/W55RP20/W55RP20-S2E/hw-design-guide-en)

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Source: https://maker.wiznet.io/Alan/projects/serial-to-ethernet----/