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Ethernet for Arita 프로젝트 개요

“같은 하드웨어, 다른 가격” 구조의 산업용 컨트롤러에서, 사용자가 W5500 이더넷 모듈을 이식하고 펌웨어를 새로 작성해 저가형 장비를 상위 모델급 ‘슈퍼 컨트롤러’로 해금(Unlock) 한 프로젝트입니다.

대상 장비: NORVI Arita Model 5

아두이노 Mega 2560 기반의 저가형 산업용 컨트롤러

핵심 성과:

제조사가 막아 둔 이더넷 통신 + OLED 디스플레이 기능을 복원

W5500 하드웨어 TCP/IP를 활용하여 저사양 MCU에서도 안정적인 IoT 컨트롤러로 업그레이드

기존 릴레이/센서 제어와 이더넷 통신을 통합한 사용자 정의 펌웨어 완성

1. 배경: 왜 이 프로젝트를 시작했는가?

1-1. “동일 기판, 다른 가격” 구조의 발견

저가형 Model 5와 상위 고가 모델이 완전히 동일한 PCB를 사용한다는 사실 확인

차이점:

상위 모델: W5500 이더넷 포트 + 디스플레이 탑재

Model 5: 같은 자리에 부품만 제거된 상태로 판매

→ 즉, 기판 차이가 아니라 부품 실장 여부와 펌웨어로 제품 등급을 나눈 구조임이 드러났습니다.

1-2. 가성비와 폐쇄성에 대한 도전

상위 모델을 사면 수십만 원이 추가되지만, 실제로 필요한 부품은:

W5500 모듈, 3.3V 전원 레귤레이터 등 몇 천 원대 부품

제조사는:

회로도 비공개, 펌웨어 폐쇄 → 사용자는 “주어진 기능만 쓰는” 구조

제작자는:

**“하드웨어 잠재력은 그대로인데, 소프트웨어와 부품으로 막혀 있다면 직접 해제해 보자”**는 엔지니어 관점에서 접근

→ 이 프로젝트는 폐쇄적인 상용 장비를 사용자의 리버스 엔지니어링으로 재정의한 사례입니다.

2. 대상 장비: NORVI Arita Model 5 소개

정체: “산업 현장에서 쓸 수 있도록 갑옷을 입힌 아두이노”

기반 HW:

ATmega2560 (아두이노 Mega 2560과 동일한 MCU)

산업용 특성:

24V 전원 입력

고전류 릴레이 출력

DIN 레일 마운트 등 공장 자동화(FA)를 고려한 외형 및 인터페이스

한계 (Project Trigger):

저가형 Model 5는 상위 모델과 같은 기판이지만,

이더넷 포트 제거

디스플레이 제거
→ 하드웨어적으로는 “반쪽짜리”로 판매되는 구조

3. 기술 구현: 하드웨어 & 소프트웨어 해금 과정

3-1. 하드웨어 개조 (Modding)

목표: 제조사가 비워 둔 자리와 라우팅을 활용해 W5500 이더넷 기능을 복구

W5500 모듈 이식

WIZnet W5500 칩이 탑재된 범용 모듈(일반 AliExpress 모듈 등) 사용

기판에 준비되어 있던 빈 슬롯/패턴에 맞춰 모듈을 장착

SPI 핀맵 리버스 엔지니어링

공식 회로도가 없어 테스터기로 회로를 역추적

ATmega2560의 표준 SPI 핀과 매핑:

MOSI, MISO, SCK: 아두이노 Mega와 동일한 표준 핀

CS(Chip Select): 48번 핀 사용됨을 확인

전원부 보강

이더넷 구동용 **3.3V 전원 레귤레이터(AMS1117)**가 기판에서 누락

별도 부품을 추가로 납땜해 3.3V 전원 라인을 보강

→ 결과적으로, 상위 모델과 동일한 이더넷 하드웨어 구성이 Model 5에서도 활성화되었습니다.

3-2. 소프트웨어 / 펌웨어 재구성

https://github.com/adafruit/Ethernet2

목표: “이더넷만 붙이는 것”을 넘어, 장비 전체를 사용자가 원하는 IoT 컨트롤러로 재정의

기존 펌웨어 제거 & 사용자 펌웨어 주입

제조사가 제공한 기본 펌웨어를 완전히 삭제

새로운 펌웨어에 다음 기능을 통합:

기존 릴레이/센서 제어 로직

W5500 기반 이더넷 통신 기능

결과: **통합 제어 프로그램(User Application)**으로 재탄생

표준 Ethernet 라이브러리 활용

W5500은 아두이노 생태계에서 사실상의 표준 이더넷 칩

별도의 제조사 전용 드라이버가 없어도:

아두이노 표준 Ethernet 라이브러리 그대로 사용 가능

CS 핀(48번)만 정확히 지정해 주면, 기존 생태계를 그대로 재사용

핀 충돌 문제 해결

표준 라이브러리가 사용하는 53번 핀이 장비 내 릴레이 제어 핀과 충돌

해결 방법:

라이브러리 코드에서 CS 핀을 48번으로 변경

53번 핀의 상태를 강제로 제어해 릴레이 동작과의 충돌 제거

→ 이로써, 하드웨어 개조 + 라이브러리 설정 변경만으로도 안정적인 이더넷 통신과 기존 IO 제어가 동시에 동작하도록 통합되었습니다.

4. W5500의 역할과 가치

이 프로젝트에서 W5500은 단순한 부품이 아니라, 고립된 장비를 IoT 기기로 승격시키는 “열쇠” 역할을 합니다.

4-1. 하드웨어 TCP/IP Offload의 필요성

메인 MCU: ATmega2560 (8비트, 제한된 성능)

만약 MCU가 소프트웨어로 TCP/IP 스택을 처리한다면:

릴레이 제어, 센서 읽기 등 기존 기능이 지연되거나 불안정해질 가능성

W5500이 하는 일:

TCP/IP, 소켓 관리 등 복잡한 네트워크 처리를 하드웨어에서 전담(Offload)

MCU는 센서/릴레이 제어 로직에 집중

→ 저사양 MCU 기반의 산업용 장비에서도 신뢰성 있는 IoT 기능을 구현할 수 있게 해 줍니다.

4-2. 표준화된 생태계와 호환성

W5500은 아두이노 생태계에서 이미 표준 이더넷 솔루션으로 자리 잡음

제조사가 공식 지원을 하지 않아도:

사용자는 “어차피 이 자리는 W5500일 것이다”라고 추정 가능

표준 SPI 인터페이스 + 아두이노 Ethernet 라이브러리로 바로 통합

이 사례는 W5500이:

**“De Facto Standard(사실상의 표준)”**로 쓰이고 있음을 잘 보여줍니다.

Frequently Asked Questions (FAQ)

Q1. NORVI Arita Model 5에 이더넷 기능을 추가할 수 있나요? (가능 여부)

A. 네, 가능합니다. NORVI Arita Model 5는 상위 모델과 PCB(기판)를 공유하기 때문에, 제조사가 비워둔 슬롯에 WIZnet W5500 이더넷 모듈을 이식하면 네트워크 기능을 활성화할 수 있습니다. 다만, 모듈뿐만 아니라 3.3V 전원 레귤레이터(AMS1117)도 함께 땜질해야 정상 작동합니다.

Q2. 회로도가 없는데 W5500 모듈을 어떻게 연결하나요? (기술적 방법)

A. SPI 인터페이스 핀을 찾아 연결하면 됩니다. 리버스 엔지니어링 결과, ATmega2560의 표준 SPI 핀(MOSI, MISO, SCK) 외에 CS(Chip Select) 핀은 48번, Reset 핀은 49번에 연결되어 있음이 확인되었습니다. 이를 바탕으로 아두이노 Ethernet 라이브러리에서 Ethernet.init(48);로 설정하면 통신이 가능합니다.

Q3. 왜 이 프로젝트에서 소프트웨어 TCP/IP 대신 W5500 칩을 사용했나요? (기술적 이유)

A. 메인 프로세서인 **ATmega2560(8비트 MCU)**의 성능 한계 때문입니다. 소프트웨어로 TCP/IP 스택을 처리하면 리소스를 많이 차지해 기존 제어 기능(릴레이, 센서 등)이 느려질 수 있습니다. **W5500은 하드웨어 TCP/IP(Hardwired TCP/IP)**를 지원하여 네트워크 처리를 전담하므로, 저사양 MCU에서도 안정적인 IoT 구현이 가능합니다.

Q4. 이더넷 추가 시 기존 펌웨어나 하드웨어와 충돌은 없나요? (문제 해결)

A. 기존 펌웨어는 삭제되므로 새로 작성해야 하며, 하드웨어 핀 충돌에 주의해야 합니다. 아두이노의 표준 SPI SS 핀인 53번은 NORVI Arita에서 **릴레이(Relay 3)**에 연결되어 있습니다. 따라서 이더넷 초기화 시 53번 핀을 사용하지 않도록 코드를 수정하고, W5500의 CS 핀인 48번을 명시적으로 사용해야 릴레이 오작동을 막을 수 있습니다.

Q5. 상위 모델을 사는 것보다 이더넷 개조(Modding)를 하는 것이 어떤 이점이 있나요? (가치 제안)

A. 가장 큰 이점은 비용 절감과 커스터마이징입니다. 저가형 모델을 구매해 몇 달러 수준의 부품(W5500, OLED)만 추가하면 고가형 모델과 동일한 하드웨어 스펙을 갖출 수 있습니다. 이를 통해 단순한 PLC를 웹 서버 기능이 포함된 강력한 오픈소스 기반 IoT 허브로 변신시킬 수 있습니다.

Note: The cover image in this presentation was created using AI tools.