RP2040 and micro-ROS integration (USB, Wi-Fi, Ethernet)
COMPONENTS
PROJECT DESCRIPTION
Original Project by NITKK-ROS-Team on GitHub This project is maintained by the NITKK-ROS-Team. It is a widely recognized repository in the micro-ROS community, validated by various maker projects such as Ar-Ray-code's micro_ros_pico_w_robot.
1. Introduction: What is micro-ROS?
출처 : https://micro.ros.org/
Definition: micro-ROS is a lightweight version of ROS 2 designed for microcontrollers (MCUs) with limited RAM and Flash. It enables these MCUs to act as first-class End-Nodes in the ROS 2 ecosystem, participating directly in the data graph via Publisher/Subscriber mechanisms.
The Protocol: It uses DDS-XRCE (Data Distribution Service for eXtremely Resource Constrained Environments), a lightweight standard that ultimately relies on UDP/TCP transport. This is where the network performance becomes critical.
2. Market Context & WIZnet Strategy
Current Landscape: The current micro-ROS maker market is dominated by ESP32-based Wi-Fi solutions. While convenient, they often fail to meet the stability requirements of industrial robotics.
The Niche Opportunity: There is a clear Niche Market that demands the reliability of Ethernet over the convenience of Wi-Fi. WIZnet aims to capture this market by proving the superiority of TOE (TCP/IP Offload Engine) technology.
Our Strategic Goals:
Prove Performance: Demonstrate that W5500 (TOE) outperforms software stacks (LwIP) in stability and latency.
Official Standardization: Register the W55RP20-EVB-Pico as an official micro-ROS platform board (https://micro.ros.org/).
High-Performance Reference: Provide a reference design for a high-performance network End-Node that goes beyond simple PoC.
3. Why WIZnet? (TOE vs LwIP)
The LwIP Bottleneck: In ESP32 or Pico W, the TCP/IP stack (LwIP) runs in software on the main MCU. This consumes significant CPU cycles and memory. More critically, heavy network traffic can interrupt the robot's control loops, causing jitter.
The TOE Advantage: WIZnet's W5500 handles the entire TCP/IP stack in hardware.
Offloading: The RP2040 cores are free to run complex ROS 2 logic and motor control loops.
Stability: Hardware-based processing guarantees consistent latency, which is non-negotiable for real-time robotic control.
W55RP20: The Ultimate Solution: The W55RP20 combines the RP2040 and W5500 into a single chip. This offers the perfect form factor for a compact, industrial-grade micro-ROS node, eliminating the need for bulky shields and complex wiring.
4. Technical Deep Dive (Code Level)
Modular Architecture: The repository is designed for extensibility. A look at CMakeLists.txt shows how the transport layer is isolated:
add_executable(main
main.c
interface/common/transport_common.c
interface/wifi/pico_wifi_transport.c <-- The Target
interface/uart/pico_uart_transport.c
)
Implementation Plan: To enable W55RP20, we don't need to rewrite the core. We simply need to:
Implement the uxr_custom_transport functions (open, close, write, read) using WIZnet's ioLibrary_Driver.
Update CMakeLists.txt to link against the WIZnet driver instead of the Wi-Fi driver.
5. Community Validation
Proven Reliability: This SDK is not experimental. It has been validated by Ar-Ray-code, who forked this repository to build the micro_ros_pico_w_robot. This real-world implementation proves the library's stability in mobile robotics. Adding Ethernet support to such a well-regarded library will immediately benefit a large, active user base.
Configure: (After our contribution) Set PICO_BOARD=w55rp20_evb_pico in CMake.
Build: mkdir build && cd build && cmake .. && make
Run Agent: Use the official Docker image: docker run -it --rm --net=host microros/micro-ros-agent:humble udp4 --port 8888
[Korean Version]
원문 출처 (Source Mention)
Original Project by NITKK-ROS-Team on GitHub 이 프로젝트는 NITKK-ROS-Team (일본 기타큐슈 공업고등전문학교)에 의해 관리됩니다. 주목할 점은 패키지 관리자가 micro-ROS 개발사인 eProsima의 Pablo Garrido로 등록되어 있다는 것입니다. 이는 기술적 신뢰도가 매우 높으며 공식 채택될 가능성이 큼을 시사합니다. 또한 Ar-Ray-code와 같은 커뮤니티 기여자들에 의해 활발히 지원받고 있습니다.
1. 소개: micro-ROS란 무엇인가? (Introduction)
출처 : https://micro.ros.org/
정의: micro-ROS는 RAM과 플래시 메모리가 제한적인 마이크로컨트롤러(MCU)를 위해 설계된 경량 ROS 2 솔루션입니다. 이를 통해 MCU가 ROS 2 생태계의 최종 노드(End-Node)로서 직접 참여하여, Publisher/Subscriber 메커니즘을 통해 데이터를 주고받을 수 있게 합니다.
프로토콜: ROS 2의 표준인 DDS를 경량화한 DDS-XRCE를 사용하며, 이는 궁극적으로 UDP/TCP 전송 계층에 의존합니다. 바로 이 지점에서 네트워크 성능과 안정성이 시스템 전체의 품질을 좌우하게 됩니다.
2. 시장 상황 및 위즈네트 전략 (Market Context & Strategy)
현재 시장: 초기 Maker 시장은 ESP32 기반의 Wi-Fi 솔루션이 주류를 이루고 있습니다. 하지만 무선 연결은 산업용 로봇이 요구하는 엄격한 안정성을 충족시키기 어렵습니다.
틈새 시장 (Niche Market): Wi-Fi의 불안정성을 극복하기 위해 이더넷의 신뢰성을 필요로 하는 시장이 분명히 존재합니다. 위즈네트는 TOE(TCP/IP Offload Engine) 기술의 우수성을 앞세워 이 시장을 공략하고자 합니다.
전략적 목표:
성능 입증: 범용 LwIP(소프트웨어 스택) 대비 TOE의 압도적인 성능과 안정성을 데이터로 증명합니다.
공식 표준화: W55RP20-EVB-Pico를 micro-ROS 공식 플랫폼 보드(https://micro.ros.org/)로 등재하여 기술 표준 위치를 확보합니다.
고성능 레퍼런스: 단순한 개념 증명(PoC)을 넘어, 실제 현장에서 사용 가능한 고성능 네트워크 End-Node 레퍼런스를 제공합니다.
3. 왜 WIZnet인가? (TOE vs LwIP)
로봇제어에서는'Real-time Stability'가핵심
LwIP의 병목현상: ESP32나 Pico W에서 사용하는 소프트웨어 TCP/IP 스택(LwIP)은 메인 MCU의 자원을 상당히 소모합니다. 특히 네트워크 트래픽이 몰릴 경우, CPU가 패킷 처리에 매달리느라 로봇의 제어 루프를 방해하여 지터(Jitter)를 유발할 수 있습니다.
TOE의 우위: 위즈네트의 W5500은 TCP/IP 스택 전체를 하드웨어로 처리합니다.
오프로딩 (Offloading): RP2040 코어는 네트워크 처리 부담에서 완전히 해방되어, 오직 애플리케이션 로직에만 집중할 수 있습니다.
안정성: 하드웨어 기반 처리는 일정한 지연 시간(Deterministic Latency)을 보장하며, 이는 실시간 제어에 필수적입니다.
W55RP20: 궁극의 솔루션: W55RP20은 RP2040과 W5500을 단일 칩으로 통합했습니다. 이는 복잡한 배선이나 부피 큰 쉴드 없이도, 가장 컴팩트하고 강력한 산업용 micro-ROS 노드를 구현할 수 있게 해줍니다.
4. 기술적 심층 분석 (Technical Deep Dive)
모듈화된 아키텍처: 이 리포지토리는 확장성을 고려해 설계되었습니다. CMakeLists.txt를 보면 전송 계층이 어떻게 격리되어 있는지 확인할 수 있습니다:
구현 계획: W55RP20을 지원하기 위해 코어 로직을 뜯어고칠 필요가 없습니다. 우리는 단지 다음 단계만 수행하면 됩니다:
interface/ethernet/pico_ethernet_transport.c 파일을 생성합니다.
WIZnet ioLibrary_Driver를 사용하여 uxr_custom_transport 함수들(open, close, write, read)을 구현합니다.
CMakeLists.txt에서 Wi-Fi 드라이버 대신 WIZnet 드라이버를 링크하도록 수정합니다.
5. 커뮤니티 검증 (Community Validation)
입증된 신뢰성: 이 SDK는 실험적인 코드가 아닙니다. Ar-Ray-code가 이 리포지토리를 포크하여 micro_ros_pico_w_robot을 제작함으로써 그 안정성을 입증했습니다. 이러한 실제 구현 사례는 모바일 로보틱스 분야에서의 라이브러리 신뢰성을 증명합니다. 이렇게 검증된 라이브러리에 이더넷 지원을 추가하는 것은 거대한 잠재 사용자층에게 즉각적인 혜택을 줄 것입니다.
