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nRF Connect SDK를 이용해 매터 프로젝트 시작하기

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글/최수철 지사장, 노르딕 세미컨덕터

매터(Matter) 표준이 점차 추진력을 얻고 있다. 최근 매터 1.0 및 관련 인증 프로그램이 도입되면서 개발자들 또한 매터 제품 구현에 속도를 내고 있다. 매터는 스마트 홈 프로토콜 애플리케이션 레이어를 위한 개방형 표준이다. 이 표준은 현재 스마트 홈 무선 프로토콜로 사용되고 있는 스레드(Thread) 및 와이파이(Wi-Fi) 상단에 IP 기반 통합 애플리케이션 레이어를 도입하여 상호 운용성을 제공한다. 블루투스 LE(Bluetooth Low Energy)는 새로운 기기를 네트워크에 등록하는데 사용된다. 

매터 사양을 관리하고 있는 CSA(Connectivity Stan-dards Alliance)의 프로모터이자 이사회 회원인 노르딕 세미컨덕터(Nordic Semiconductor)는 매터 사양 개발에 참여한 것은 물론, 이미 자사의 제품과 개발 툴을 통해 프로토타입 구현을 지원하고 있다. 

매터 제품 개발은 노르딕의 nRF52840, nRF5340 및 nRF7002 개발키트(DK)와 nRF Connect SDK를 통해 지원되고 있다. nRF Connect SDK는 노르딕의 SoC와 SiP 및 nRF7002 와이파이 6 컴패니언 IC 기반 제품을 구현할 수 있는 확장 가능한 통합 개발 키트이다. 

매터 프로토타입 네트워크 셋업

노르딕의 매터 솔루션 프로토타이핑은 nRF Connect SDK를 통해 지원된다. 최신 버전의 SDK는 모든 스레드 기반 매터 기능을 포함하고 있으며, nRF7002 컴패니언 IC와 nRF5340 SoC 조합을 위한 와이파이 기반 매터 기능도 추가로 지원된다. nRF Connect SDK는 깃허브(GibHub)에서 호스팅할 수 있다. 또한 비주얼 스튜디오 코드(Visual Studio Code)를 지원하는 확장 팩(VS Code용 nRF Connect)을 통해 자체적으로 애플리케이션을 개발할 수 있는 통합 개발 환경(IDE)를 제공한다.(이 SDK는 다른 IDE에서도 사용할 수 있다.)

그림 1은 매터 프로토타입 네트워크 사례를 나타낸 것이다. 이 네트워크의 핵심은 인터넷과 연결된 와이파이 액세스 포인트(AP: Access Point)이다. 이 네트워크의 또 다른 중요한 부분은 와이파이 AP와 연결되어 있는 스마트 홈 액세서리 명령에 사용되는 매터 컨트롤러이다. 

커넥티드 홈에서 컨수머 스마트 홈 에코시스템 소프트웨어를 실행하는 스마트폰이나 스마트 허브, 스마트 스피커 또는 태블릿 등이 이 컨트롤러에 해당하며, 스마트 홈 액세서리를 제어하는데 사용된다. 프로토타입을 구현하는 경우, 매터 기기를 네트워크에 등록하고, 매터 메시지를 이용해 이들 기기간의 통신을 지원하는 매터 컨트롤러 구현 툴인 CHIP 툴을 사용하는 것도 좋은 옵션이 될 수 있다. 

그림 1에서 매터 조명 스위치는 스레드 기기이기 때문에 네트워크의 와이파이 부분과 연결하기 위해서는 매터 보더 라우터(Matter Border Router)가 필요하다. 조명 스위치는 또 다른 스레드 기기인 매터 전구를 제어하는데 사용된다. 처음에는 매터 스위치가 어떤 매터 전구를 제어해야 하는지 인식하지 못한다. 이를 해결하기 위해 매터 컨트롤러를 이용해 매터 스위치가 특정 매터 전구를 제어하도록 구성해야 하는데, 이러한 프로세스를 매터 바인딩(Matter Binding)이라고 한다. 

프로토타이핑 용도의 경우, 컨수머 매터 컨트롤러는 CHIP 툴을 갖춘 리눅스 PC로 대체할 수 있다. 스레드 보더 라우터(Thread Border Router)는  nRF52840 동글(Dongle)을 스레드 무선 코프로세서로 사용하여 오픈스레드(OpenThread)를 실행하는 저비용 컴퓨터인 라즈베리 파이 4(Raspberry Pi 4)에서 구축할 수 있다. 노르딕은 nRF Connect SDK에서 매터 조명 스위치 애플리케이션을 제공하며, 이 애플리케이션은 nRF5340 개발 키트에서 실행할 수 있다. 또한 조명 기구를 시뮬레이션하기 위해 LED가 점등되는 ‘스마트 조명’으로 nRF52840 개발 키트를 사용할 수 있다. 

nRF Connect SDK 및 VS Code 확장 팩을 위한 nRF Connect가 포함된 VS Code IDE 외에도, 개발자는 nRF 커맨드 라인 툴(Command Line Tool)이 필요할 수 있다. 이는 노르딕의 nRF 디바이스를 프로그래밍하는데 사용된다. 

IDE에서 실행되는 VS Code용 nRF Connect를 사용하면, 매터 전구에 대한 샘플 애플리케이션을 비교적 간단하게 선택하고, 구성할 수 있으며, 매터 조명 스위치 예제 또한 동일하게 작업을 수행할 수 있다. 그런 다음, VS Code용 nRF Connect를 이용해 nRF5340 및 nRF52840 개발 키트의 블루투스 LE 연결을 통해 매터 전구 및 매터 조명 스위치를 네트워크에 등록할 수 있다. 마지막 단계는 조명 스위치가 제어해야 하는 매터 전구를 인식하도록 매터 바인딩을 구성하는 것이다.

매터의 다중 패브릭 기능

매터가 제공하는 상호 운용성 덕분에 동일한 매터 액세서리를 서로 다른 두 개의 컨수머 에코시스템으로 동시에 제어할 수 있다. 예를 들어, 한 제조업체의 스마트 스피커로 제어되는 매터 전구를 스마트폰으로 제어하는 다른 제조업체의 매터 조명 스위치를 통해서도 제어할 수 있다. 이러한 매터 사양의 다중 관리자(Multi-Admin) 기능은 다른 사람에게 영향을 주지 않고, 각각의 가족 구성원이 선호하는 컨수머 스마트 홈 에코시스템을 사용할 수 있도록 해준다. 

이 사양에서 이러한 각각의 에코시스템을 ‘패브릭(Fabric)’이라고 한다. 매터 기기는 여러 패브릭을 결합할 수 있다. 각 패브릭은 자체 컨트롤러를 가지고 있으며, 매터 기기에 명령을 내리는 다른 패브릭과 ROT(Root of Trust) 상의 어떠한 영향도 미치지 않는다. 또한 각 패브릭은 암호화된 서로 다른 통신 세트로 처리되고, 독립적으로 동작한다. 

그림 2는 다중 패브릭 매터 네트워크를 나타낸 것이다. 여기에서 매터 컨트롤러는 CHIP 툴이 있는 안드로이드 스마트폰이 되고, 다른 하나는 CHIP 툴 기반 리눅스 PC가 된다. 이 사례에서 매터 기기는 노르딕 Thingy:53 매터 기상국(Matter Weather Station)이다. Thingy:53 매터 기상국 애플리케이션은 VS Code용 nRF Connect를 이용해 구성 및 네트워크 등록이 가능하다. 

이 사례에서 Thingy:53은 스마트폰 컨트롤러로 관리되는 패브릭을 먼저 네트워크에 등록한다. 등록이 완료되면, 이 컨트롤러를 Thingy:53의 온도 및 습도 센서를 판독하는데 사용할 수 있다. 

마찬가지로, CHIP 툴이 있는 리눅스 PC에 대한 구성 및 네트워크 등록 프로세스를 수행할 수 있다. 이 작업이 완료되면, 이 컨트롤러를 이용해 Thingy:53의 센서를 판독할 수 있으며, 스마트폰 컨트롤러 패브릭 또한 그대로 유지된다. 

노르딕의 nRF5340 및 nRF52840 SoC와 nRF7002 와이파이 6 컴패니언 IC, 그리고 nRF Connect SDK 및 관련 개발 키트 모두, 매터 기반의 커넥티드 홈 애플리케이션의 중요한 발전 단계에서 개발자들이 필요로 하는 모든 것을 제공한다. 

[매터 사양을 완벽하게 지원하는 노르딕의 nRF Connect SDK]

매터 1.0(Matter 1.0) 릴리스는 표준 사양을 제공하여 이 프로토콜 스택을 실제로 구현할 수 있도록 지원한다. 이 사양은 CSA(Connectivity Standards Alliance)에서 제공되며, 스택 소스 코드는 깃허브(Github)에서 이용할 수 있다. 노르딕의 nRF Connect SDK 최신 버전에는 매터 1.0 릴리스가 포함되어 있으며, 매터 사양을 완벽하게 준수한다. 이 SDK는 매터 1.0 펌웨어를 하위 모듈 리포지토리(전용 fork포함) 중 하나로 배포한다. 사용자 애플리케이션과 매터 스택은 이 SDK의 다른 펌웨어 스택 위에 위치한다. 

또한 이 SDK는 스레드 1.3(Thread 1.3) 및 블루투스 LE를 지원하는 인증된 제퍼(Zephyr) OS도 포함하고 있다. 개발자들은 사전에 컴파일된 스레드 및 블루투스 LE 프로토콜 스택 라이브러리를 다운로드하여 사용할 수 있으며, 최종 제품의 인증을 안전하게 보장할 수 있다. 이와 함께 노르딕은 블라인드(Window Shade), 스마트 잠금 및 조명 스위치와 같은 매터 샘플 애플리케이션도 nRF Connect SDK에서 제공한다. 이 SDK 외에도, nRF5340 및 nRF52840 SoC를 이용해 구현된 노르딕 고객 제품과 노르딕 Thingy:53에서 실행되는 매터 기상국(Matter Weather Station) 애플리케이션 모두 이미 매터 사양 검증 테스트(Matter Specification Validation Event)를 성공적으로 통과했다. 이를 통해 노르딕 SDK 및 매터 솔루션이 매터 표준에 완벽하게 호환되고 있음을 다시 한번 입증했다. 

leekh@seminet.co.kr
(끝)
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