컴퓨터 네트워크 설계

청주대학교 전자공학과

한철수

라즈베리파이의소개

목차

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• 라즈베리파이의 소개

라즈베리 파이(Raspberry Pi)

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• 라즈베리 파이는 데비안 리눅스 기반의 라즈비안을 운영체제로 사용하는 SBC(Single Board Computer)임.‒ 오픈소스 하드웨어로서, 저렴하고크기가작음.

• 예: Raspberry Pi 3 Model B+의 경우 47,300원임.

‒ 외부전자부품과연결할수 있는 GPIO 핀을가지고있음.• 각종 전자장치프로젝트에많이 사용되는이유임.

‒ 인터넷연결이쉬움.• IoT 프로젝트라면어디에나 이용할수 있음.

<라즈베리파이 로고> <라즈베리파이 외관>

라즈베리 파이의 외관

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• 크기가 85x56x21mm로신용카드한 장 정도임.

• 작지만 컴퓨터의모든 기능과 GPIO 핀을 갖추고있음.

라즈베리 파이의 역사

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• 2006년 영국 캠브리지 대학교의 에반 업튼 박사가 동료들과함께 개발함.

• 저렴한 컴퓨터를만들기로결심하고 라즈베리파이를 개발함.‒ 어린이들에게 프로그래밍 학습 기회와 실험 기회 등을 제공하고, 기기가 망가지는경우에발생하는부모들의부담을덜어주기 위해시작함.

• 업튼 박사는 영국에서 공식 자선 단체인 라즈베리 파이 재단을설립함.‒ 설립 목표는 컴퓨터에 대한 어린이들의 관심과 컴퓨터 활용 능력을 증진시키는것.

‒ 목표를달성하기위해라즈베리파이를활용하였음.

• 초기 목표 판매량이었던 1만 대 이상이 모두 팔리며 성공을 거둠.‒ 2012년부터 2019년 2월까지약 2,500만대가팔림.

라즈베리 파이의 판매 추이

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라즈베리 파이 재단 홈페이지

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• 라즈베리 파이 재단 홈페이지에서는 라즈베리 파이의 사양, 최신 뉴스, 자주 하는 질문 등의 여러 가지 정보를 구할 수 있음.‒ www.raspberrypi.org

라즈베리 파이의 가격 경쟁력

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• 라즈베리 파이는 가격을 낮추기 위해 SoC 방식의 칩을 탑재하고 있음.

• 반도체회사 브로드컴(Broadcom)과 협약을 체결하여, 브로드컴의 설계로 CPU와 GPU(그래픽 처리 장치)를 하나의 칩에 짜넣었음.

브로드컴 BCM2837B0 SoC

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• 라즈베리 파이 3 Model B+는 CPU와 GPU(그래픽 처리 장치)를 하나의칩에 짜 넣은 브로드컴 BCM2837B0 칩을 사용함.‒ BCM2837B0 쿼드-코어 A53 (ARMv8) 64-bit SoC @ 1.4GHz

• 브로드컴은 제품에 대한 설계를 IP 형태로 제공하는 팹리스 공급자이고, 다른 회사들은 이 설계를 바탕으로 실제 칩을 생산함.

• CPU는 1.4 GHz의 클럭으로구동됨.

• GPU는 브로드컴비디오코어 IV를 사용함.‒ GPU는 비디오와 오디오의 처리를 담당하고, 1세대 Xbox와 성능이 비슷함.

라즈베리 파이의 메모리

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• 두 종류의메모리를 사용함.‒ SDRAM

• RAM의 역할을 수행함.

• 라즈베리 파이 초기 모델의 RAM 용량은 256MB였으나, 차츰 증가해 현재는 1GB임.

‒ 마이크로 SD 카드• 하드 디스크의역할을 수행함.

• 운영체제와각종 프로그램, 개인 데이터등이 보관됨.

마이크로 SD 카드 구입시 주의사항

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• 마이크로 SD 카드에는속도 클래스 등급이 표시되어있음.‒ 속도클래스등급은 SD 카드의최저데이터전송속도를나타냄.

• 라즈베리 파이에서 마이크로 SD 카드는 하드 디스크의 역할을수행하기때문에 속도가 빠르면 빠를수록좋음.‒ 가급적속도클래스 4 이상의마이크로 SD 카드를사용해야함.

<마이크로 SD 카드의속도 클래스 비교>

전원 단자

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• DC 5V 전원을 마이크로 USB 단자로 연결해 사용함.

• 최대 2.5A 전류까지 처리하도록설계됨.‒ 전원 어댑터의 정격 전류가 너무 작으면 정상적으로 동작하지 않을 수있음.

<전원 어댑터>

HDMI 비디오 출력 단자

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• HDMI는 비디오와 오디오의 디지털 신호를 동시에 출력하는표준 규격 중 하나임.

• 대부분의최신 기기들에는 HDMI 단자가 있음.

<HDMI 케이블>

오디오 잭

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• 표준 3.5mm 오디오 잭이 소리의 출력을 담당함.‒ 스테레오출력

<연결 플러그>

이더넷 단자와 USB 단자

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• 이더넷 단자는 표준 RJ45 단자를사용함.

• USB 단자는 위아래로 4개 배치되어있음.‒ USB 2.0만 지원함.

‒ USB 소켓 모두에 500mA의 전류를동시에공급할수 없음.• USB 소켓 모두에 전류가 많이 필요할 경우 자체 전원형 USB 허브를 이용해야 함.

<이더넷 단자(좌) 및 USB 단자(우)> <자체 전원형 USB 허브의이용 예>

확장 단자

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• 15개의 핀을 가진 FFC 케이블용확장 단자가 2개 있음.*

‒ CSI 카메라포트**

‒ DSI 디스플레이포트**** FFC: Flexible Flat Cable** CSI: Camera Serial Interface*** DSI: Display Serial Interface**** MIPI: Mobile Industry Processor Interface

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GPIO 핀

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• GPIO 핀을 제어함으로써 별도의 장치 없이 외부 하드웨어를제어할 수 있음.*

‒ 2열 40핀으로구성됨.

* GPIO: General Purpose Input Output

GPIO 핀 배열

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• 전원 핀과 그라운드 핀이 있음.

• 범용 입출력(GPIO) 핀이 있음.

• 특수 기능을 갖는 핀도 있음.‒ UART 통신

‒ I2C 통신

‒ SPI 통신

다른 장치와 연결 시 주의사항

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• 라이베리파이의 GPIO 핀은 3.3V의전압으로구동됨.

• 라즈베리파이 GPIO 핀의 입력 레벨‒ 0.0~0.7V가입력되면 LOW로인식함.

‒ 2.7~3.3V가입력되면 HIGH로 인식함.• 입력전압이 3.3V를 넘으면 GPIO 핀이망가질수있음.

• 표준 5V 장치와연결 시 주의사항‒ 표준 5V 장치의입력 레벨

• 0.0~0.8V가 입력되면 LOW로 인식함.

• 2.0~5.0V가 입력되면 HIGH로 인식함.

‒ 따라서 라즈베리 파이의 GPIO 출력(3.3V)을 표준 5V 장치의 입력에연결하여사용이가능함.

‒ 그러나 문제는 표준 5V 논리 장치에서 출력된 HIGH 신호(약4.4V~5V)를 라즈베리 파이의 GPIO 핀에 연결하여 입력 받을 경우,입력전압이 3.3V가넘기때문에 GPIO핀이망가질수있다는것임.

전류 제한

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• 라즈베리파이 모델에따른 전류 소비량

• 문제가 발생되지 않도록 라즈베리 파이의 전류 수요에 신경을써야 함.‒ 최대 2.5A 전류까지처리하도록설계됨.

• GPIO 핀 한개의 소스, 싱크 전류량‒ 2mA~16mA의범위임.

인터럽트 기능

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• GPIO 핀으로 외부 인터럽트 기능을사용할 수도 있음.

• 다양한 외부 인터럽트발생 조건‒ HIGH에서 LOW로의변화감지 (하강에지 감지)

‒ LOW에서 HIGH로의 변화감지 (상승에지 감지)

‒ HIGH 레벨 감지

‒ LOW 레벨 감지

라즈베리 파이 관련 프로젝트 소개

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• RetroPie‒ 레트로게임기프로젝트

‒ https://retropie.org.uk

• Volumio‒ 뮤직플레이어프로젝트

‒ https://volumio.org

질문

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Q&A