Wiznet makers

프로젝트 소개

임베디드 모터 제어 시스템은 단순 PWM 출력만으로 동작하지 않습니다.
실제 산업 환경에서는 다양한 기능이 동시에 처리되어야 합니다.

• 실시간 속도 제어
• 센서 데이터 처리
• UART/Ethernet 통신
• 인터럽트 기반 이벤트 처리
• 상태 모니터링
• Fault Detection
• 원격 제어 및 데이터 송신

특히 일반적인 super-loop 방식의 firmware에서는:

• polling 증가
• ISR 과부하
• task dependency 문제
• timing jitter
• 유지보수 복잡도 증가

등이 쉽게 발생합니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 사용되는 구조가 바로 RTOS 기반 Motor Control Architecture 입니다.

이번 프로젝트는 GitHub의
Barfas_RTOS_MotorControl 저장소를 기반으로 한
FreeRTOS 기반 실시간 모터 제어 시스템 구현 프로젝트 입니다.

또한 프로젝트에는 WIZnet의 하드웨어 Ethernet TCP/IP 칩이 활용되어,
실시간 제어 시스템과 네트워크 통신 기능을 함께 구성할 수 있도록 설계되었습니다.

프로젝트 목표

본 프로젝트의 핵심 목표는 다음과 같습니다.

• FreeRTOS 기반 멀티태스킹 구조 설계
• 실시간 모터 제어 구현
• Ethernet 기반 네트워크 통신 연동
• ISR 기반 이벤트 처리 구조 학습
• Embedded firmware architecture 이해
• 산업용 제어 시스템 구조 학습

단순 loop 기반 firmware가 아닌,
실제 산업용 embedded motor-control firmware 구조 구현을 목표로 합니다.

WIZnet Ethernet 칩 활용

사용된 칩

본 프로젝트에는 WIZnet의 5500칩이 활용되었습니다.

WIZnet 칩은:

• Hardwired TCP/IP Stack 내장
• SPI 기반 Ethernet 통신
• 낮은 MCU 부하
• 안정적인 네트워크 처리

를 지원하는 것이 특징입니다.

일반적으로 W5500 계열 칩은 embedded Ethernet 환경에서 널리 사용되며,
MCU가 직접 TCP/IP stack을 처리하지 않아도 된다는 장점이 있습니다.

프로젝트에서의 활용 방식

본 프로젝트에서는 WIZnet Ethernet 칩을 통해 다음과 같은 기능 확장이 가능합니다.

• 모터 상태 원격 모니터링
• 실시간 telemetry 전송
• PC 기반 제어 인터페이스 연동
• 네트워크 기반 상태 확인
• 산업용 IoT 시스템 연결

예를 들어:

Motor Controller
      ↓
FreeRTOS Task
      ↓
WIZnet Ethernet Driver
      ↓
TCP/IP Communication
      ↓
Monitoring PC / Server

와 같은 구조로 활용할 수 있습니다.

이를 통해 단순 standalone motor controller가 아닌,
네트워크 연결이 가능한 Industrial Embedded Controller 구조로 확장 가능합니다.

주요 특징

1. FreeRTOS 기반 멀티태스킹 구조

FreeRTOS는 task 기반 구조를 제공하여 여러 기능을 동시에 안정적으로 처리할 수 있도록 합니다.

본 프로젝트는 일반적으로 다음과 같은 구조를 기반으로 동작합니다.

• Motor Control Task
• Sensor Task
• Communication Task
• Monitoring Task
• Fault Detection Task

기존 polling 기반 구조와 달리:

• task isolation
• deterministic scheduling
• response latency 감소
• 유지보수성 향상

등의 장점을 얻을 수 있습니다.

2. 실시간 모터 제어 시스템

모터 제어는 timing precision이 매우 중요한 분야입니다.

특히:

• PWM generation
• speed feedback
• encoder processing
• control loop execution

등은 정확한 주기로 처리되어야 합니다.

RTOS 기반 구조에서는:

• high-priority control task
• ISR defer handling
• event/queue 기반 synchronization

을 통해 보다 안정적인 제어 시스템 구성이 가능합니다.

3. Interrupt 기반 이벤트 처리

임베디드 제어 시스템에서는 다음과 같은 이벤트가 반복적으로 발생합니다.

• encoder pulse
• timer interrupt
• UART RX/TX
• Ethernet event
• fault interrupt

모든 처리를 ISR 내부에서 수행할 경우:

• latency 증가
• scheduling 불안정
• interrupt nesting 문제

등이 발생할 수 있습니다.

FreeRTOS에서는 deferred interrupt handling 구조를 통해 ISR 내부 작업을 최소화하고 task 기반 후처리를 수행할 수 있습니다.

이를 통해:

• ISR execution time 감소
• system responsiveness 향상
• 안정적인 scheduling

구현이 가능합니다.

시스템 구조

프로젝트는 일반적으로 다음과 같은 흐름으로 구성됩니다.

Sensor Input
      ↓
Interrupt / ISR
      ↓
RTOS Queue / Event
      ↓
Motor Control Task
      ↓
PWM Output
      ↓
Motor Driver
      ↓
Ethernet Monitoring
      ↓
Remote PC / Server

이 구조는:

• CPU 효율 향상
• ISR 최소화
• task 분리
• 실시간성 확보
• 원격 모니터링 지원

에 유리합니다.

활용 가능 분야

본 프로젝트 구조는 다음 분야로 확장 가능합니다.

• Industrial Automation
• Smart Factory
• AGV / AMR
• Robot Drive System
• BLDC Controller
• IoT Edge Controller
• Ethernet 기반 산업 장비

특히 WIZnet Ethernet 칩을 활용하면
산업용 네트워크 환경과 연동되는 embedded controller 설계가 가능합니다.