ATSAMD51과 ESP32를 한 보드에? Adafruit Metro M4 AirLift 살펴보기

 

아두이노나 ESP32를 사용하다 보면 성능과 무선 기능 사이에서 고민하게 됩니다.

 

ESP32는 Wi-Fi와 블루투스가 기본 내장되어 있어 매우 편리하지만, 복잡한 애플리케이션을 구현할 때는 무선 통신과 사용자 프로그램이 동일한 프로세서에서 동작한다는 점이 부담이 될 수 있습니다.

 

반면 ATSAMD51과 같은 고성능 MCU는 연산 능력이 뛰어나지만 별도의 Wi-Fi 모듈이 필요합니다.

 

오늘 소개할 Adafruit Metro M4 AirLift는 이러한 고민을 해결하기 위해 만들어진 보드입니다.

강력한 ATSAMD51 마이크로컨트롤러와 ESP32 Wi-Fi 코프로세서를 하나의 보드에 결합하여 두 플랫폼의 장점을 모두 활용할 수 있습니다.

 

 

ATSAMD51 + ESP32의 조합

Metro M4 AirLift의 핵심은 역할 분담에 있습니다.

보드의 메인 프로세서는 ATSAMD51J19이며, Wi-Fi 통신은 별도로 탑재된 ESP32가 담당합니다.

 

즉,

• ATSAMD51 → 사용자 프로그램 실행
• ESP32 → Wi-Fi 및 네트워크 처리

구조로 동작합니다.

덕분에 Wi-Fi 연결, TLS/SSL 암호화, 소켓 통신 등의 작업이 ESP32에서 처리되고, ATSAMD51은 센서 처리나 제어 알고리즘에 집중할 수 있습니다.

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강력한 ATSAMD51 성능

Metro M4 AirLift에는 ARM Cortex-M4 기반의 ATSAMD51J19가 탑재되어 있습니다.

 

주요 사양은 다음과 같습니다.

• 120MHz 동작 속도
• 32비트 ARM Cortex-M4 코어
• 부동소수점(FPU) 지원
• DSP 명령어 지원
• Flash 512KB
• RAM 192KB

 

일반적인 AVR 계열 아두이노 보드와 비교하면 상당히 높은 성능을 제공합니다.

특히 부동소수점 연산을 하드웨어로 처리할 수 있기 때문에 센서 데이터 분석, 필터링, 간단한 머신러닝 응용 등에 유리합니다.

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생각보다 풍부한 아날로그 기능

ATSAMD51은 단순히 CPU 성능만 좋은 것이 아닙니다.

 

Metro M4 AirLift는 다음과 같은 아날로그 기능을 제공합니다.

• 8개의 ADC 입력
• 2개의 DAC 출력
• 22개의 PWM 출력

DAC가 내장되어 있다는 점은 꽤 매력적입니다.

 

오디오 신호 생성이나 아날로그 제어 신호 출력 등을 별도의 외부 DAC 없이 구현할 수 있습니다.

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보안 기능도 내장

최근 IoT 기기에서는 보안이 점점 중요해지고 있습니다.

 

ATSAMD51에는 다음과 같은 보안 기능이 기본 탑재되어 있습니다.

• AES 256비트 암호화 엔진
• True Random Number Generator(TRNG)
• Public Key Controller

HTTPS 통신이나 인증 기반 IoT 시스템을 구축할 때 도움이 되는 기능들입니다.

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ESP32는 오직 Wi-Fi만 담당

보드에 내장된 ESP32는 일반적인 ESP32 개발보드처럼 사용되는 것이 아닙니다.

여기서는 Wi-Fi 전용 프로세서 역할을 수행합니다.

 

ESP32는 SPI 인터페이스를 통해 ATSAMD51과 통신하며 다음 기능을 담당합니다.

• Wi-Fi 연결
• HTTPS 통신
• TLS/SSL 암호화
• 네트워크 소켓 처리

Adafruit에서는 루트 인증서도 미리 탑재해 두어 HTTPS 연결을 쉽게 사용할 수 있도록 지원합니다.

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전원 공급 방식

Metro M4 AirLift는 다양한 전원 공급 방법을 제공합니다.

 

Micro USB

가장 일반적인 방법입니다.

개발과 디버깅 시 사용합니다.

 

DC 잭

7~9V 입력을 지원합니다.

 

또한

• 극성 보호 회로
• 자동 전원 전환 기능
• 전원 스위치

가 내장되어 있어 독립형 장치로 운용하기 편리합니다.

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Native USB 지원

많은 개발보드들은 USB-UART 변환 칩을 별도로 사용합니다.

하지만 ATSAMD51은 USB 기능을 자체적으로 지원합니다.

따라서 Metro M4 AirLift는

• USB 시리얼 장치
• HID 키보드
• HID 마우스

등으로 동작할 수 있습니다.

커스텀 USB 장치를 만들고 싶다면 상당히 유용한 기능입니다.

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2MB QSPI Flash 내장

보드에는 별도의 2MB QSPI Flash 메모리가 탑재되어 있습니다.

이 공간은 작은 저장장치처럼 사용할 수 있으며

• Python 스크립트
• 라이브러리
• 데이터 로그
• 설정 파일

등을 저장할 수 있습니다.

특히 CircuitPython 환경에서는 이 기능이 매우 편리합니다.

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상태 표시 LED

보드에는 다양한 상태 표시 LED가 포함되어 있습니다.

후면에

• Power
• RX
• TX
• 사용자 LED

가 배치되어 있으며,

리셋 버튼 옆에는 RGB NeoPixel LED도 장착되어 있습니다.

Wi-Fi 상태나 시스템 상태를 직관적으로 표시하는 데 활용할 수 있습니다.

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GPIO 인터페이스

총 25개의 GPIO 핀이 제공됩니다.

다음과 같은 인터페이스를 하드웨어로 지원합니다.

• I2C
• SPI
• UART

따라서 대부분의 센서나 모듈을 별도 설정 없이 쉽게 연결할 수 있습니다.

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CircuitPython을 위한 최적의 보드

Adafruit가 특히 강조하는 부분은 CircuitPython 지원입니다.

120MHz의 CPU 성능과 넉넉한 메모리 덕분에 CircuitPython이 매우 쾌적하게 동작합니다.

 

이를 이용하면

• 센서 데이터 수집
• JSON 데이터 처리
• REST API 호출
• 클라우드 연동

등을 비교적 적은 코드로 구현할 수 있습니다.

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Arduino IDE도 완벽 지원

물론 Arduino 사용자도 걱정할 필요가 없습니다.

Adafruit는 Arduino IDE용 보드 패키지와 라이브러리를 제공하고 있어 기존 Arduino 개발 환경에서도 쉽게 사용할 수 있습니다.

ESP32 기반 Wi-Fi 기능 역시 라이브러리를 통해 간단히 사용할 수 있습니다.

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마무리

Metro M4 AirLift는 단순히 "Wi-Fi가 되는 ATSAMD51 보드"가 아닙니다.

고성능 MCU와 무선 통신 전용 프로세서를 결합하여 각각의 역할을 분리한 것이 가장 큰 특징입니다.

 

개인적으로는 센서 데이터 수집 장치, 데이터 로거, IoT 게이트웨이, 클라우드 연동 프로젝트 등에 특히 잘 어울리는 구조라고 생각합니다.

 

최근에는 ESP32 하나만으로 대부분의 프로젝트를 구현하는 경우가 많지만, 보다 안정적인 실시간 처리와 네트워크 기능을 동시에 확보하고 싶다면 이런 듀얼 프로세서 구조도 상당히 매력적인 선택지가 될 수 있습니다.

 

특히 CircuitPython을 활용한 빠른 프로토타이핑을 선호하는 분이라면 한 번쯤 살펴볼 만한 개발보드입니다.

 

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제 블로그에서는:

• ESP32와 IoT 제작

• 센서와 앱 개발

• 1인 창업 과정

• 경제적 자유

같은 주제들을

“기술과 인간의 자유”

라는 관점에서 계속 연결해보려 합니다.

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