STM32(stm32-f411re) + Raspberry-pi(버젼 4) 스마트팜 모니터링/제어 시스템
C로 구현, Epoll 기반 단일 스레드 동작
- 단일 epoll 이벤트 기반 루프 (시그널, 타이머, UART, 소켓, 다중 HTTP연결 통합)
- 함수 포인터를 활용한 동적 디스패치 (epoll FD들이 각각의 이벤트핸들러 함수와 컨텍스트를 가지고 동작)
- 자체 설계 UART 통신 프로토콜 (프레임 재조립)
- Http서버 자체 구현, 요청 파싱/라우팅/세션 수명 관리
| 계층 |
담당 |
| STM32 |
센서값 측정, 액추에이터 구동(물주기, 조명 같은 / 프로젝트에서는 워터펌프 대신 LED 동작으로 대체) |
| farmd |
stm32에서 보내준 프레임 파싱, 웹 콘솔 관리, OLED제어, 프로세스 로그 기록 |
=> 액추에이터 동작 차단 타이머는 STM32에 배치, AP가 멈추거나 통신이 끊겨도 동작 타이머가 만료되면 액추에이터가 정지한다.
| FD |
핸들러 함수 |
역할 상세 |
| signal_fd |
finish_loop |
-SIGTERM -SIGINT감지하여 프로세스 정상 종료 |
| UART |
read_uart_stm32 |
stm32가 보낸 프레임(센서 정보) 수신&파싱 |
| timer_fd(웹서버) |
read_web_timer |
세션 수명 관리, 무응답 연결 회수 |
| timer_fd(OLED) |
oled_handle |
디스플레이 정보 갱신 |
| listen(소켓) |
web_accept |
웹 연결 수립 |
| conn(소켓) |
web_handle_conn |
웹 HTTP 연결 요청/응답 |
// epoll 이벤트 공용 구조체
typedef struct epoll_event_handle epoll_event_handle_t;
struct epoll_event_handle {
int fd;
int (*func)(epoll_event_handle_t *self);
void *ctx;
};// if 분기 없이, 감지된 이벤트 목록에서 핸들러로 연결됨
epoll_event_handle_t *e = event_list[i].data.ptr;
e->func(e);
| 구분 |
대상 |
수명주기 |
| 고정 FD |
시그널, UART, 타이머, listen |
프로세스 수명, 종료 시 일괄 회수 |
| 동적 FD |
HTTP 연결 |
힙 할당, 각자 개별 해제 |
| 구분 |
설정 |
| 소켓 |
accept4(SOCK_NONBLOCK | SOCK_CLOEXEC) |
| UART |
open(O_NONBLOCK) |
| 타이머 |
timerfd_create(CLOCK_MONOTONIC, TFD_NONBLOCK | TFD_CLOEXEC) |
— 등록 fd 중 하나라도 블로킹이면 루프 전체가 정지함.
accept4 는 플래그를 원자적으로 설정해 fcntl 경쟁을 제거sigaction 대신 signalfd 를 쓴 것은 epoll_wait 진입 직전에 도착한 시그널을 놓치지 않기 위함.
| Method |
Path |
로그인 여부 |
Response |
| POST |
/login |
— |
302 → /main.html + Set-Cookie |
| GET |
/logout |
필요 |
302 → /login.html, 쿠키 만료 |
| GET |
/api/sensor |
필요 |
{temp, humi, light, timestamp, stm32_stat} |
| POST |
/api/water |
필요 |
{ok, sec} — 파라미터 sec |
| GET |
/*.html |
필요 |
정적 페이지 |
| 항목 |
값 |
| 프로토콜 |
HTTP/1.1, Connection: close |
| 요청 버퍼 |
4096 |
| 완성 판정 |
\r\n\r\n + Content-Length |
| 세션 ID |
256비트 (getrandom), hex 64자 |
| 세션 저장 |
서버 테이블, 쿠키는 sid만 (HttpOnly) |
| 세션 만료 |
우선은 30분, 5초 주기 검사 |
| 연결 유휴 타임아웃 |
30초 |
| 대시보드 데이터 폴링 |
2초 |
- 센서 갱신 주기가 초 단위라 폴링에서 푸시로 바꿔도 이득이 적음
| 단계 |
동작 |
실패 시 |
| 1 |
0x02 탐색, 찾으면 버퍼 앞으로 밀어버림 |
쓰레기값 폐기 |
| 2 |
LEN == sizeof(payload) 검증 |
틀린 경우, 해당 바이트 폐기 후 재탐색 |
| 3 |
LEN+5 바이트 도착 대기 |
대기 |
| 4 |
페이로드 복사 |
— |
| 항목 |
값 |
| 인터페이스 |
/dev/i2c-1, ioctl(I2C_SLAVE, 0x3C) |
| 해상도 |
128 × 64, 1bpp |
| 갱신 |
전용 timerfd 주기 |
wiringPi 등 GPIO/디스플레이 라이브러리 미사용. 초기화 커맨드 시퀀스를 데이터시트 기준으로 직접 전송하고,
페이지/컬럼 주소 지정 방식으로 프레임버퍼를 전송한다.
TODO : 디바이스 드라이버로 초기화 작업 자동화
STM32F411. HAL_GetTick() 기반 스케줄러
- 센서 송신과 액추에이터 동작을 동시 진행시킴 (명령은 UART 인터럽트로 수신하되, ISR은 플래그만 세우고 실행은 메인 루프가 담당)
- AP는 fd 이벤트를
epoll 로, STM32는 시간 이벤트를 틱 비교로 다중화, 둘 다 논블로킹 운영 수행
상세: smartFarmEx_stm32
make # bin/farmd
./bin/farmd # 웹 포트 :8080
의존성: 표준 C 라이브러리
Config 파일 — include/config.h
| 이름 |
기본값 |
WEBPORT |
8080 |
UART_DEVICE |
/dev/serial0 |
UART_SPEED |
B115200 (펌웨어도 같이 수정해야함) |
SESSION_TIMEOUT_SEC |
1800 |
EXPIRE_INTERVAL_SEC |
5 (세션 검사주기) |
WATER_MAX_SEC |
30 (물주기시간 상한) |
LOG_LEVEL |
LL_ERROR (N 이상의 심각도 로그만 표출) |
src/
├── main.c 프로세스 수명 관리
├── epoll_loop.c 이벤트 루프, 핸들러 등록/회수
├── sig_handler.c signalfd 시그널 처리
├── uart/
│ ├── uart.c termios 설정, 수신, 명령 송신
│ └── uart_parser.c 프레임 관련
├── webserver/
│ └── web_server.c HTTP 파싱, 라우팅, 세션, 연결 관리
├── oled/oled.c OLED 제어, OLED 프레임버퍼 렌더링
└── util/ 로거, 유틸함수
include/ 헤더
html/ 정적 페이지 (빌드 파일과 같은 위치로 넣으면 보임=기본값 설정)
expr/ 테스트 코드
- 프레임 무결성 / STX랑 LEN까지만 검증중
: ETX나 TYPE 등 검증 추가
- 명령 실행 확인 / UART 명령 전송 성공까지만 확인중
: 상태 프레임에 액추에이터 상태 포함해야됨
- 웹 인증 / 관리자계정 하드코딩 상태
: 환경설정에 관리자 메뉴 추가해야됨
| 분류 |
인터페이스 |
용도 |
| I/O 다중화 |
epoll_create1 epoll_ctl epoll_wait |
이벤트 루프 |
| 시그널 |
sigprocmask signalfd |
시그널을 fd로 수신, 유실 방지 |
| 타이머 |
timerfd_create timerfd_settime |
주기 작업을 fd 이벤트로 |
| 소켓 |
socket bind listen accept4 setsockopt |
TCP 서버, 논블로킹 연결 수립 |
| 난수 |
getrandom |
세션 ID 생성 |
| 시리얼 |
termios cfmakeraw tcsetattr |
UART 회선 설정 |
| I2C |
open ioctl(I2C_SLAVE) |
OLED 직접 제어 |
| 동기화 |
pthread_mutex |
로거 잠금 |