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2025년 9월 2일 화요일

아두이노 자작품을 만들면서 얻은 교훈 - 코딩은 기다림이다!

소프트웨어 개발 절차는 보통 다음의 6가지 절차로 이루어진다고 한다.

  1. 요구사항 분석(Requirement Analysis)
  2. 시스템 명세
  3. 설계(Design)
  4. 프로그래밍(Programming)
  5. 테스트(Testing)
  6. 유지보수(Maintenance)

현재는 데이터 센터와 유사한 성격의 곳에서 일을 하고 있노라니 1번 단계, 즉 개발자가 사용자를 만나서 인터뷰를 수행하는 모습을 곁에서 많이 접하게 된다. 프로젝트의 성격이 단순하다면 이러한 6가지의 단계를 다 거칠 필요는 없고, 몇 가지 단계가 한꺼번에 뭉쳐서 진행되기도 한다.

아두이노 나도 응용 DIY 제품을 구동할 용도로 프로그램을 만드는 것도 비교적 단순한 소프크웨어 개발 절차라고 할 수 있다. 프로그램 코드를 저장하고기 위해 마련된 플래시 메모리의 공간이 32KB에 불과한 아두이노 나노에 채워 넣어야 하는 코드가 아무리 방대하고 복잡한들 그게 얼마나 되겠는가? 

C/C++ 문법도 잘 모르는 내가 아두이노 나노로 구동되는 MIDI sound module 제어기('Nano Ardule MIDI Controller')용 코드를 짜고 있다니 생각해 보면 정말 말도 안되는 일이다. 제어 대상은 본 블로그에서 여러 차례 소개했던 SAM9703 기반의 반주기 개조품(유튜브 링크).

그런데 그게 정말 현실에서 일어나고 있다. 필요한 기능을 챗GPT 대화창에 입력해 넣으면, 이를 실행하게 해 주는 .ino 파일을 생성하여 통째로 다운로드할 수 있게 만들어 주기 때문이다.

기다림은 바로 이 과정에서 필요하다. 챗GPT가 생각을 하고 코드를 짜 주는 동안 기다려야 한다. 문제는 이렇게 하여 제공한 코드가 항상 잘 컴파일이 되지는 않는다는 것이다. 중괄호를 빼먹는 것으로부터 선언하지 않은 변수나 함수가 쓰인다든지... C/C++을 잘 이해하는 사람이라면 아두이노 IDE에서 뱉어내는 에러 메시지만 보고서 금방 소스 코드를 수정할 터인데, 나와 같은 코딩맹(盲)은 에러 메시지를 그대로 복사하여 챗GPT에 붙여 넣은 뒤 문제를 파악하고 개선한 코드 파일을 다시 제공할 때까지 기다려야 한다. 

그런데 내가 봐도 똑같아 보이는 실수를 계속 반복하는 모습을 보고 있노라면 부글부글 속에서 뭔가 치밀어 오르는 답답함을 느낀다. 그러면 또 컴파일 중에 나오는 오류 메시지를 복사해서 제출하고, 기다리고... 그래서 코딩은 기다림이다. 지루한 반복 작업을 견디다 못한 나는 가장 마지막에 컴파일 및 작동에 성공한 코드 파일을 업로드한 뒤 여기에 추가 기능을 단계적으로 더해 나가는 방식으로 전환하였다. 너무 많은 양의 요구사항을 들이대면 실수를 많이 하는 것 같다. '잘 되고 있는 것은 건드리지 말아라'라는 식의 너무나 당연하고도 구체적인 요구를 때로는 해야 한다.

챗GPT는 마치 머리는 꽤 좋은데 가끔 딴생각을 하고 주위가 산만한 천재를 대하는 것 같다. 가끔 고집도 피운다. 그러나 조금만 마음을 가다듬고 생각해 보면 챗GPT가 없이 과연 내가 이런 취미 프로젝트를 단 한 발자국도 실현해 나갈 수 없었을 것이다. 그러니 다소 오류가 포함된 소스 코드를 반복적으로 토해 내더라도 무한한 인내심을 발휘해야 한다. 예를 들어 버튼을 한번 클릭할 때와 길게 눌렀을 때 서로 다른 동작을 하게 만드는 코드를 내 창의력과 검색만으로 짠다고 생각해 보라. 가당키나 한 일이겠는가. 1602 LCD, 4개의 LED, 5개의 버튼, 로터리 인코더... 시프트 레지스터 칩를 쓰지 않은 상태에서 아두이노 나노의 모든 입출력 핀을 전부 사용해야 하는 데다가, 메뉴 구성도 결코 단순하지 않기 때문이다.

끊이지 않는 버그, 머리를 쥐어뜯고 싶다!


테스트를 하는 과정에서 비합리적이거나 무리한 요구사항을 재정의하여 개선하는 일도 흔히 벌어진다. 모든 부품을 기판 위에 전부 올려서 배선을 한 날, 이것이 마지막 납땜이라고 호기롭게 자신했지만 그 뒤로 몇 번이나 회로 수정을 했는지 모른다. 코딩 역시 마찬가지다. 정의해 놓은 기능을 단계적으로 구현해 나가는, 즉 절대로 우회나 후진은 하지 않으면서 프로젝트가 진행될 것이라고 생각했으나 그것은 헛된 기대였다. 다시 중간 지점으로 돌아가서 기능을 다시 정의하는 일이 허다하게 벌어지고 있다.

현재 소스 코드의 분량은 700줄 정도이다. 마이크로SD카드에 데이터를 쓰고 읽는 기능까지는 아직 구현하지 못한 상태다. 바로 어제까지 작업하여 MIDI IN으로 들어오는 단일채널 키보드 신호를 MIDI 사운드 모듈의 2개 채널로 복제하여 보내는 것에 성공하였다. 채널은 서로 다른 악기(program)으로 할당해 둔 뒤, 버튼을 눌러서 어느 하나만 연주하거나 layer 또는 split이 가능하게 만들었다. Korg의 방식으로 말하자면 두 개의 프로그램으로 이루어진 심플한 'combi' 음색을 만들 수 있는 것이다. 보람이 느껴지지만 몸은 고단하다.

돌이켜보니 연기를 피우며 납땜을 할 때, 즉 하드웨어를 제작하던 단계가 훨씬 덜 고되었던 것 같다. 정신건강까지 고려한다면 하드웨어 제작단계가 건강에 미치는 영향은 코딩 단계보다 더 적은 것이 아닐까...

'몰입'은 즐거운 일이다. 그러나 몸과 마음을 너무 갉아먹을 정도라면 이야기는 달라진다. AI가 사람의 수로고움을 대신한다고? 어떤 측면에서는 옳다. 그러나 결과적으로 일을 더 하게 된다. 아무래도 다음번 글의 주제는 'AI가 촉발한 과몰입(또는 과노동)'이 될 것 같다.


 


2020년 10월 12일 월요일

미디 라이프 2.0 반주기 ML-20의 음원보드로부터 드디어 소리를 내다

아두이노 입문용 키트는 아직 배송도 되기 전인데, 갖고 있는 부속을 이용하여 브레드보드 위에 MIDI in 회로와 active low reset 회로를 만들어서 SAM9703 음원보드에 연결하니 소리가 나오기 시작하였다. 좀 더 고생을 할 줄 알았는데 이렇게 소리가 나오게 되니 약간은 허탈한 기분도 든다.



어제 저녁의 작업 상황을 사진으로 남겼다. 원래 장비에 있던 주기판의 MIDI in 신호를 처리하던 옵토커플러가 망가진 것이 거의 확실하다.



아두이노 키트의 주문을 취소할까 싶어서 잠시 고민을 하던 중에 롯데택배로 상품이 발송되었다는 문자 메시지가 왔다. 어차피 흥미를 가졌던 물건이니 다른 목적에라도 활용해 보도록 하자.

이번에 시행착오를 겪으면서 마이크로컨트롤러의 reset 과정에 대하여 정말 많은 것을 알게 되었다. Reset은 잘 작동하던 프로세서를 처음부터 시작하도록 되돌리는 과정으로만 생각했는데, power-on cycle에서 당연히 거쳐야 하는 것이다. 마이크로컨트롤러의 리셋 핀은 일반적으로 active-low 방식으로 작동한다. 즉, 이 핀에 low 신호가 일정 시간 지속되면 현재 실행 중인 모든 작업을 중단하고 프로그램 카운터를 초기 상태로 설정하며, 리셋 핀에 하이 신호가 인가되면 리셋 상태가 해제되고 정상적인 동작을 재개한다. 

Active low reset 핀을 회로도에서 표기할 때에는 이 그림과 같이 RESET 위에 바를 붙인다(출처).

그림 출처: Arduino forum - RC reset circuit

위 간단한 RC 리셋 회로의 동작을 알아보자. 전원이 인가되면 커패시터가 충전되기 전까지 리셋 핀은 GND에 가까운 전압이므로 리셋 상태를 유지한다. 충전이 끝나면 리셋 핀 전압이 올라가면서 리셋 상태가 해제되고 정상 동작을 시작한다. 다이오는 리셋 전압이 갑자기 떨어지는 상황에서 방전을 위한 통로를 제공한다. 예를 들어 빠른 전원 꺼짐 후 재부팅이 일어나는 상태 말이다.

구글에서 active low RC reset circuit이라는 검색어를 넣으면 무척 많은 자료가 나오는데, 다음의 것이 비교적 설명이 잘 되어 있어서 링크를 걸어본다. 보다 상세한 내용을 공부하고 싶으면 이를 클릭해 보자. 단, 위의 것은 microprocesser(MPU)라는 표현이 제목에 나온다. microprocessor와 microcontroller(MCU)는 무엇이 다른가? MPU는 CPU만 단독으로 탑재한 것이고, MCU는 CPU + 메모리 + I/O가 통합된 칩을 의미한다. 따라서 후자는 임베디드 제어에 주로 쓰인다.

잘 알려진 MIDI 파일 두 개(cakewalk.mid & passport.mid)를 이 보드로 재생하면서 audacity에서 녹음을 해 보았다. 오디오 인터페이스는 롤랜드 SC-D70을 사용하였고, MP3로 전환하였다. 소리는 나쁘지 않은 편이다. 리눅스에서 음악 작업을 좀 더 자주해야 익숙해질 텐데, 어쩌다 한 번찍 쓰니까 '어? 어떻게 하는 거였더라?'하면서 고개를 갸웃거리게 된다. Software synth를 쓰는 것이 아니므로 JACK은 쓰지 않았다. 

만능기판에 부품을 납땜하여 제대로 회로를 완성해야 하는데, 400홀 브레드보드 상태 그대로 넣고 뚜껑을 닫았다. 오디오 출력과 MIDI 입력은 원래 있던 단자에 배선하여 마무리하였다. 전면 패널에 위치한 LED 중 하나를 MIDI 신호 입력에 연동하여 점멸하게 만들고 싶은데 그러려면 또 공부가 필요하다. 옵토커플러 전과 후, 어디에 어떻게 연결해야 될까? 지금은 전에 연결했는데 너무 어둡게 점멸한다. 

나도 이제 MIDI 장비 탑을 쌓는가?


2025년 6월 28일 업데이트

이 글에서 포함한 MP3 파일 재생 기능이 완벽하지 않아서 Hosting Audio on Drive를 참조하여 수정해 놓았다. 또한 SAM9703 음원보드를 제어하기 위한 아두이노 나노 기반 컨트롤러를 만들기 시작하였다. 내 블로그에서 2025년부터 EZ Ardule MIDI Controller라는 말이 슬슬 보이기 시작할 것이다. 2020년에 처음 소리를 내고 나서 무려 5년이라는 시간이 흘렀다. 다음 사진은 프로토타입 제작을 위해 5-pin DIN MIDI 신호를 전환하는 회로를 오늘 더 큰 브레드보드에 옮긴 뒤 찍은 것이다.