ELRS Netpack

📌 Overview

ELRS Netpack은 ExpressLRS 생태계에서 사용되는 Backpack 장치를 기존의 UART 직결 방식이 아닌 Ethernet 기반 네트워크를 통해 연결할 수 있도록 확장한 오픈소스 펌웨어 프로젝트이다.

기존 Backpack 구조는 호스트 장치와 물리적으로 직접 연결되는 point-to-point 방식이기 때문에 거리와 배치에 제약이 있었다. 반면, Netpack은 TCP/IP 기반 Ethernet 통신을 도입함으로써 이러한 제한을 제거하고, 장치를 네트워크 상의 하나의 노드로 동작하게 만든다.

즉, 이 프로젝트의 핵심은 단순히 Ethernet을 추가하는 것이 아니라,
👉 시리얼 기반 연결 구조를 네트워크 기반 구조로 전환하는 데 있다.

📌 Core Concept

기존 Backpack 연결 방식은 다음과 같다.

이 방식은 구조가 단순하고 지연이 적지만, 물리적 연결에 의존하기 때문에 확장성이 제한된다.

ELRS Netpack은 이를 다음과 같이 변경한다.

이 구조에서 가장 중요한 변화는 호스트와 장치 사이에 네트워크 계층이 추가되었다는 점이다.

이를 통해 장치는 단순한 주변장치가 아니라, 네트워크 상에서 접근 가능한 자원으로 동작하게 되며, 시스템 구성 방식 또한 훨씬 유연해진다.

📌 Features

1. Ethernet 기반 Backpack 구조

본 시스템은 기존 Wi-Fi 기반 Backpack 대신 W5500 Ethernet 칩을 활용한 유선 네트워크 구조를 사용한다.
이를 통해 기존 ELRS Backpack의 기능은 그대로 유지하면서, 통신 방식을 무선에서 유선으로 전환하였다.
그 결과, 네트워크 안정성이 향상되고 지연 시간이 감소하며, 무선 간섭의 영향을 최소화할 수 있다.

2. TCP 소켓 기반 네트워크 통신

데이터 전송은 Ethernet 환경에서 TCP 소켓 통신을 통해 이루어진다.
TCP 프로토콜을 사용함으로써 패킷 손실에 대한 보완이 가능하며, 신뢰성 높은 데이터 송수신이 보장된다.
또한 서버-클라이언트 구조를 기반으로 양방향 통신이 가능하다.

3. ESP-IDF (FreeRTOS) 기반 구현

본 시스템은 ESP32-S3를 기반으로 ESP-IDF 개발 환경에서 구현되었으며, 내부적으로 FreeRTOS를 사용한다.
이를 통해 ESP-NOW 무선 통신, TCP 서버, 데이터 중계 기능을 각각 독립적인 태스크로 구성하여 동시에 실행할 수 있다.
이러한 구조는 병렬 처리 성능을 향상시키고 시스템의 안정성을 높인다.

4. 설치 편의를 위한 플러그인 제공

사용자의 편의성을 위해 별도의 플러그인을 제공하여 시스템 설정 및 연동 과정을 간소화하였다.
이를 통해 복잡한 네트워크 설정 없이도 쉽게 장치를 구성할 수 있으며, 사용자 친화적인 환경을 제공한다.

5. 3D 프린트 케이스 지원

하드웨어 보호 및 설치 편의성을 위해 3D 프린팅 가능한 케이스 설계를 제공한다.
사용자는 제공된 STL 파일을 활용하여 직접 케이스를 제작할 수 있으며, 이를 통해 외부 충격이나 먼지로부터 장치를 보호할 수 있다.

📌 Hardware and Platform

이 프로젝트는 ESP32-S3와 W5500 Ethernet 컨트롤러를 기반으로 구성된다.

ESP32-S3는 메인 프로세서로서 애플리케이션 로직, 소켓 통신 처리, 장치 인터페이스 제어를 담당하며, W5500은 유선 Ethernet 연결을 담당한다.

특히 W5500은 하드웨어 TCP/IP 스택을 제공하기 때문에, 네트워크 처리를 MCU가 직접 수행할 필요가 없으며, 그 결과 시스템의 안정성과 효율성이 향상된다.

이와 같은 구조는 임베디드 시스템에서 자주 사용되는 “MCU + 네트워크 오프로딩” 설계 패턴으로 볼 수 있다.

📌 System Architecture

ELRS Netpack의 시스템 구조는 기능적으로 다음과 같이 구분할 수 있다.

▪ Device Layer

Backpack 호환 장치가 Netpack에 연결되며, 기존 Backpack과 동일한 기능을 수행한다.

▪ Processing Layer

ESP32-S3가 중심이 되어 데이터 처리, 통신 제어, 시스템 상태 관리를 수행한다. ESP-IDF 기반으로 구현되어 태스크 기반 운영이 가능하다.

▪ Network Layer

W5500을 통해 Ethernet 연결이 이루어지며, TCP 소켓을 통해 호스트 시스템과 통신한다.

▪ Deployment Layer

3D 프린트 케이스가 제공되어 실제 환경에 적용 가능한 장치 형태로 구성할 수 있다.

이 구조는 단순 펌웨어 구현을 넘어, 실제 사용 가능한 네트워크 장치를 지향하고 있음을 보여준다.

📌 Role of WIZnet (W5500)

W5500은 ELRS Netpack에서 유선 Ethernet 통신을 담당하는 핵심 부품이다.

이 프로젝트의 가장 중요한 설계 변화는 UART 기반 연결을 TCP/IP 기반 연결로 전환하는 것이며, 이를 가능하게 하는 물리적 인터페이스가 바로 W5500이다.

또한 W5500은 하드웨어 TCP/IP 스택을 제공하여 MCU의 부담을 줄이고, 안정적인 네트워크 통신을 가능하게 한다.

따라서 W5500은 단순한 통신 모듈이 아니라,
👉 시스템 전체의 연결 방식을 바꾸는 핵심 요소라고 볼 수 있다.

📌 Advantages

ELRS Netpack은 기존 구조 대비 다음과 같은 장점을 가진다.

첫째, 확장성 향상이다.
UART 기반 연결은 물리적으로 직접 연결되어야 하지만, Ethernet 기반 구조에서는 장치를 네트워크 노드로 활용할 수 있어 배치와 확장이 자유롭다.

둘째, 통신 안정성 향상이다.
유선 Ethernet은 Wi-Fi에 비해 간섭이 적고, 장시간 안정적인 연결이 가능하다.

셋째, 시스템 유연성 증가이다.
TCP/IP 기반 구조는 다양한 소프트웨어 및 네트워크 시스템과 쉽게 연동될 수 있다.

넷째, 기술적 확장성이다.
이 프로젝트는 단순 기능 구현이 아니라, 임베디드 장치를 네트워크 자원으로 전환하는 구조를 보여주는 사례이다.

📌 Market & Application Value

• FPV 레이싱 시스템
• 오픈 하드웨어 프로젝트
• 메이커 및 전문 사용자

와 같은 기술 중심 사용자층에 적합하다.

특히 기존 UART 기반 시스템을 네트워크 기반으로 확장하려는 분야에서 활용 가능성이 있다.

📌 Evaluation

ELRS Netpack은 단순한 IoT 프로젝트가 아니라,

👉 “임베디드 주변장치의 연결 방식을 시리얼에서 네트워크로 확장한 구조적 프로젝트”

로 평가할 수 있다.

이는 기능 구현을 넘어 시스템 아키텍처를 변화시키는 접근이라는 점에서 기술적 의미가 크다.