nRF5 SDK (3) - nRF52 시리즈 (SDK 17.0.2) TWI (I2C) 모듈 제어

3. nRF52 시리즈 (SDK 17.0.2) TWI (I2C) 모듈 제어 : TWI (I2C) Master of nRF52 Series using SDK 17.0.2

• TWI (Two-Wire Interface) 는 nRF5 SDK 의 I2C 인터페이스의 별칭.

SDK Version : nRF5 SDK 17.0.2 (or nRF5 SDK 15.3.0)

3.1 Setup

• nRF5 SDK 17.0.2 다운로드 (본인의 경우 nRF5 SDK 15.3.0, 17.0.2 버전에서 테스트해볼 기회가 있었는데 둘 다 동일하게 작동하였음)
• nRF5 SDK 폴더 > examples > ble_peripheral > ble_app_uart 예제 이용: 다른 이름으로 새폴더를 하나 만들고, 원래의 폴더 안의 항목들을 복사 / 붙여넣기 해서 사용
• 새로 생성한 폴더에서 Segger Embedded Studio (SES) 프로젝트 실행

Setup 과정은 이전 포스트와 동일한데, 굳이 ble_app_uart 예제를 반복해서 사용하는 이유는 크게 다음과 같다.

1. printf 함수의 사용 (별도의 debugger 필요 없이 (e.g. J-Link RTT Viewer) terminal 프로그램 이용해서 debugging 가능)
2. BLE 기능과의 연동성 (peripheral 폴더에 있는 예제는 softdevice 사용하지 않음)

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3.2 Import Source code and Header file

SES 프로젝트의 Project Explorer 항목에서 (화면 왼쪽의 프로젝트 항목 리스트 창) nRF_Drivers 폴더에 다음의 파일을 추가하고 (Import) (Add Existing File), “main.c” 파일에 관련 헤더파일을 추가 (nrf_drv_twi.h, nrf_delay.h).

• nrf_drv_twi.c (@integration)
• nrfx_twi.c (@modules)
• nrfx_twi.m (@modules)

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3.3 app_timer 설정

TWI 이용해서 센서 모듈을 제어하는 경우 보통 일정 주기로 원하는 값을 읽거나 인터럽트(Interrupt) 방식으로 원하는 순간에 값을 읽을 것이다. 일정 주기마다 읽을 경우 해당 동작을 제어할 타이머가 필요하므로 app_timer 이용해서 이러한 동작을 구현.

APP_TIMER_DEF(user_timer_name);

static void timer_timeout_handler(void* p_context){
    //...
}

int main(void){
    // ...
    err_code = app_timer_create(&user_timer_name, APP_TIMER_MODE_REPEATED
                                                , timer_timeout_handler);
    APP_ERROR_CHECK(err_code);
    app_timer_start(user_timer_name, APP_TIMER_TICKS(1000), NULL);

    for (;;){
        //...
    }
}

위의 코드는 1000 ms 마다 timer_timeout_handler 라는 이름의 event handler 함수가 호출되도록 설정하는 과정. 이와 같은 방식으로 일정 주기마다 센서의 동작을 제어할 수 있을 것.

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3.4 TWI 관련 함수

nRF5 SDK 에서 TWI 모듈을 초기화하고, read / write 하는 코드. 각각의 코드를 이해하기 위해서는 TWI, 즉, I2C 통신에서의 read / write 과정에 대해 어느정도 이해하고 있어야 함. 또한, 다음의 코드는 본인이 자주 사용하기 위한 하나의 예시 코드일 뿐, 정해진 코드는 아닐 뿐더러, 실제 개발시에는 관련 어플리케이션에 맞게 사용해야함.

• twi init

uint32_t err_code;
static volatile bool  m_xfer_done     = false;
static volatile bool  sensor_rd_done  = false;

uint8_t buffer[] = { ... };

static const nrf_drv_twi_t m_twi  = NRF_DRV_TWI_INSTANCE(TWI_INSTANCE_ID);

__STATIC_INLINE void twi_data_handler(uint8_t *d_samples){
    // event handler for "p_event->type" of twi_handler == NRF_DRV_EVT_DONE
}

static void twi_handler(nrf_drv_twi_evt_t const * p_event, void * p_context){
    switch (p_event->type)
    {
        case NRF_DRV_TWI_EVT_DONE:
            if (p_event->xfer_desc.type == NRF_DRV_TWI_XFER_RX)
            {
                sensor_rd_done = true;
                twi_data_handler(buffer);
            }
            m_xfer_done = true;
            break;
        default:
            /* NRF_DRV_TWI_EVT_DATA_NACK or 
              NRF_DRV_TWI_EVT_ADDRESS_NACK*/
            break;
    }
}

static void twi_init (void){
    const nrf_drv_twi_config_t twi_lm75b_config = {
       .scl                = ARDUINO_SCL_PIN,
       .sda                = ARDUINO_SDA_PIN,
       .frequency          = NRF_DRV_TWI_FREQ_100K,
       .interrupt_priority = APP_IRQ_PRIORITY_HIGH,
       .clear_bus_init     = false
    };

    err_code = nrf_drv_twi_init(&m_twi, &twi_lm75b_config, twi_handler, NULL);
    APP_ERROR_CHECK(err_code);

    nrf_drv_twi_enable(&m_twi);
}

• twi write

#define MODULE_ADDRESS 0x60 // TWI Slave Address (example)

void twi_write_example(void){
    uint8_t reg[2] = {0};
    reg[0] = reg_addr;
    reg[1] = reg_val;

    m_xfer_done = false;
    err_code = nrf_drv_twi_tx(&m_twi, MODULE_ADDRESS, reg, sizeof(reg), false);
    
    // Acknowledge response wating ...
    while (m_xfer_done == false){
        nrf_delay_ms(1);

        if (!m_xfer_done){
            m_xfer_done = true;
            // write error
        }
    }
}

• twi read

void twi_read_example(void){
    uint8_t reg_addr = 0x20; // Register Address (example)

    m_xfer_done = false;
    err_code = nrf_drv_twi_tx(&m_twi, MODULE_ADDRESS, &reg_addr, 1, false);
    do{
        nrf_delay_ms(1);

        if (!m_xfer_done){
            // TWI MODULE_ADDRESS error
            m_xfer_done = true;
            sensor_rd_done = true;
            return;
        }
    }while (m_xfer_done == false);

    m_xfer_done = false;
    err_code = nrf_drv_twi_rx(&m_twi, MODULE_ADDRESS, buffer, buffer_length);
    do{
        nrf_delay_ms(1);

        if (!m_xfer_done){
            // TWI MODULE_ADDRESS data error
            m_xfer_done = true;
            sensor_rd_done = true;
        }
    }while (m_xfer_done == false);
}

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3.5. “sdk_config.h” 수정

// <e> NRFX_TWI_ENABLED - nrfx_twi - TWI peripheral driver
//==========================================================
#ifndef NRFX_TWI_ENABLED
#define NRFX_TWI_ENABLED 1
#endif
// <q> NRFX_TWI0_ENABLED  - Enable TWI0 instance

// <e> TWI_ENABLED - nrf_drv_twi - TWI/TWIM peripheral driver - legacy layer
//==========================================================
#ifndef TWI_ENABLED
#define TWI_ENABLED 1
#endif
// <o> TWI_DEFAULT_CONFIG_FREQUENCY  - Frequency

// <e> TWI0_ENABLED - Enable TWI0 instance
//==========================================================
#ifndef TWI0_ENABLED
#define TWI0_ENABLED 1
#endif
// <q> TWI0_USE_EASY_DMA  - Use EasyDMA (if present)

// <e> NRFX_TWIM_ENABLED - nrfx_twim - TWIM peripheral driver
//==========================================================
#ifndef NRFX_TWIM_ENABLED
#define NRFX_TWIM_ENABLED 1
#endif
// <q> NRFX_TWIM0_ENABLED  - Enable TWIM0 instance

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3.6. 기타 참고사항

• nRF52 시리즈 제품에 따라 사용가능한 TWI 모듈 개수가 다를 수 있음.
• 본 예시는 TWI0 모듈을 사용하는 경우를 가정하고 있으며, TWIM 모듈을 이용한다.
• nRF52 BLE 칩은 microcontroller 이므로 대개 TWI 등의 인터페이스에서 Master 역할을 수행하고, 값을 측정하고 읽는 대상인 센서가 Slave 에 해당됨. 그러나 경우에 따라서 nRF52 BLE 칩을 Slave 로 사용해야 하는 경우가 있을 수 있음. 해당 건에 대해서 테스트를 해본 적은 있는데, 활용도가 낮아 여기서는 딱히 다루지 않을 예정.