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ESP8266 RTOS SDK의 I2C Driver 문제

Sunday, 2019/07/21

Espressif에서는 ESP8266과 ESP32의 RTOS SDK를 공개하고 있다.
ESP32의 경우 별도의 I2C 하드웨어가 존재하기 때문에 Bit-banging을 할 이유가 없지만, ESP8266은 아쉽게도 하드웨어가 따로 존재하지 않아 Bit-banging을 통해 드라이버가 구현되어 있다.
이제 장마철이라 습도가 많이 올라가는데, 따로 제습함을 마련해 둔 것이 없어 일단 측정을 위해 간단한 온습도계를 만들어보고자 했다.

온습도 센서인 HTU21D는 통신 프로토콜로 I2C를 사용하는데, 이를 사용하기 위해 RTOS SDK에 포함된 I2C 드라이버를 사용해 보았지만 제대로 온도/습도값을 읽어올 수 없었다.
혹시나 타이밍 문제인가 싶어 측정 커맨드를 보내고 값을 읽기 전까지 시간 텀을 변화시켜 봤지만 문제는 그대로였다.

그 때 생각이 들었던 게, I2C는 생각보다 임피던스 매칭에 민감하다는 사실이었다.
RTOS SDK의 I2C 드라이버는 아래와 같은 코드를 사용한다.

// driver/i2c.c
static void i2c_master_set_dc(i2c_port_t i2c_num, uint8_t sda, uint8_t scl)
{
    i2c_last_state[i2c_num]->val = ((sda & 0x1) << 1) | (scl & 0x1);
    gpio_set_level(i2c_config[i2c_num]->sda_io_num, i2c_last_state[i2c_num]->sda);
    gpio_set_level(i2c_config[i2c_num]->scl_io_num, i2c_last_state[i2c_num]->scl);
}

이 경우, i2c 포트가 Open Drain 모드로 설정되기 때문에 값을 읽어오려면 Slave Device 쪽에서 High 레벨을 끌어내려야 하는데 임피던스 차이로 인해 값의 변화가 나타나질 않는다.
이를 해결하기 위해 핀을 High 상태로 유지할 때는 Input Mode(Pullup enabled), Low 상태일 때는 Open Drain Output을 사용하였다.

// driver/i2c.c
static void i2c_master_set_dc(i2c_port_t i2c_num, uint8_t sda, uint8_t scl){
    i2c_last_state[i2c_num]->val = ((sda & 0x1) << 1) | (scl & 0x1);

    // SDA 값에 따라 Input Mode와 Open Drain Output 모드를 결정
    gpio_set_direction(i2c_config[i2c_num]->sda_io_num,
                       i2c_last_state[i2c_num]->sda?
                       GPIO_MODE_INPUT:GPIO_MODE_OUTPUT_OD);
    gpio_set_level(i2c_config[i2c_num]->sda_io_num, i2c_last_state[i2c_num]->sda);

    // SCL 값에 따라 Input Mode와 Open Drain Output 모드를 결정
    gpio_set_direction(i2c_config[i2c_num]->scl_io_num,
                       i2c_last_state[i2c_num]->scl?
                       GPIO_MODE_INPUT:GPIO_MODE_OUTPUT_OD);
    gpio_set_level(i2c_config[i2c_num]->scl_io_num, i2c_last_state[i2c_num]->scl);
}

변경 후에는 제대로 잘 동작하는 것을 확인하였다.

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