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PlatformIO (1) - 개요 및 특징

Cortex-M series 급을 이용한 임베디드 시스템 개발을 하다 보면, 지속적으로 사용할 수 있는 통합 개발 환경이 마땅치 않다는 문제가 있다. Windows 나 Linux 라면 한번 익혀 두면 수년은 두고 두고 쓸수 있는 개발 환경들이 있지만 임베디드 개발 환경의 경우 MCU 가 바뀔 때마다 전체적인 개발환경도 바꾸어야만 하는 경우가 생긴다. 개발 환경의 범위를 최소 셋인 컴파일, 다운로드 만이 아닌 디버깅, unit test 까지로 고려한다면 범위가 더 좁아 질 수 밖에 없다.

지금까지는 대부분의 프로젝트는 임베디드 Linux 와 마찬가지로 gcc, binutils, gdb, OpenOCD 을 이용하여 개발하였고, 디버깅을 지원하는 통합 개발 환경으로는 emacs를 사용하였다.

그러다 최근에 다른 MCU를 사용하다 보니 칩 업체에서 Keil MDK, IAR 과 같은 상용 프로그램 용으로만 SDK를 제공하는 경우를 종종 만나게 된다. 굳이 gcc 환경으로 포팅할 만한 정도의 프로젝트가 아니다 보니, 코딩은 맥 emacs 에서, 컴파일, 디버깅은 윈도우 VM에서 하는 불편한 반복작업을 해야 하는 경우가 생긴다.

임베디드 개발에서도 PC 와 같은 통합 개발 환경은 없을까?

이런 고민에서 출발한 것이 PlatformIO 일 것이다.

PlatformIO는 한마디로 말하면 Arduino 부터 다양한 MCU와 RTOS 를 지원하는 통합 개발 환경이라고 할 수 있다. 물론 Linux 도 지원을 하지만 주 타겟은 RTOS를 사용하는 MCU 급 이다.

홈페이지를 보면 다음과 같이 2022년 6월 현재 48개의 플랫폼과 1,390여개의 EV board 를 지원한다고 한다.

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PlatformIO 홈페이지

ESP, Atmel, STM32 Cube, Nordic NRF52, Linux ARM, … 등 다양한 플랫폼을 지원하기 때문에 새로운 하드웨어 플랫폼을 사용할 때는 PlatformIO를 고려해 볼 수 있을 것이다.

이번 연재에서는 다음과 같이 나누어 설명을 할 예정이다.

  • PlatformIO (1) - 개요 및 특징
  • PlatformIO (2) - STM32Cube Platform 개발
  • PlatformIO (3) - STM32Cube FreeRTOS 적용
  • PlatformIO (4) - PlatformIO 디버깅
  • PlatformIO (5) - PlatformIO Unit Test

이 글에서 예로 사용하는 보드는 Cortex-M3 STM32F103 MCU 를 이용한 NUCLEO-F103RB 을 예로 들어서 설명한다.

PlatformIO 의 범위

위의 캡쳐 이미지와 같이 홈페이지에서 PlatformIO를 다음과 같이 소개 하고 있다.

  • Prefessional collaborative platform for embedded development
    • A place where Developers and Teams have true Freedom!
    • No more vendor lock-in!

조금 과장 광고 같아 보이는 문구이지만, 직접 사용하다 보면 이 말에 수긍하게 될 것이다.

PlatformIO 를 사용하는 임베디드 개발자는 CLI(Command Line Interface) 툴과, Visual Studio Code Extension 를 이용한다. Platform IDE for VSCode를 설치하면 CLI도 같이 설치가 되므로 보통 CLI는 따로 설치할 필요가 없다.

개발 예로 드는 STM32 NUCLEO-F103RB는 PlatformIO를 이용하기는 하지만, 처음 초기화 코드 생성은 STM32CubeIDE를 사용하여 시작하여 사용한다. 이렇게 되면 굳이 PlatformIO IDE를 사용치 않고, STM32CubeIDE를 사용해서 개발하면 되지 않을까 생각이 들지만 PlatformIO를 이용하면 그만큼의 장점이 있다.

우선 장점을 나열해 보면 다음과 같다.

  • JAVA 기반의 Eclipse IDE 를 기반으로 만들어진 STM32CubeIDE 의 느린 반응 속도에 답답할 필요가 없다.
  • 익숙한 통합개발환경인 VSCode 에서 개발, 다운로드, 디버깅, 유니테스트 등 임베디드 개발에 필요한 모든 것을 할 수 있다.
  • CI/CD 를 위한 Host Unit Test, Remote Development 를 이용한 안정적인 팀 프로젝트 관리가 가능하다.

물론 하나의 통일된 개발환경이다 보니, STM32CubeIDE만 제공하는 기능을 사용하지 못한다는 단점이 있다. 가장 대표적인 것은 SWO(Serial Wire Output), ITM(Instrumentation Trace Macrocell) 을 이용한 Serial Wire Viewer(SWV) real-time tracing 기능이다.

Hard realtime 을 요하는 환경에서는 real-time tracing 기능이 큰 장점을 발휘하겠지만, 일반적인 IoT 임베디드 기기라면 팀 프로젝트를 위한 PlatformIO 의 기능이 더 부각될 수도 있어 보인다.

우선 PlatformIO Core의 기능부터 정리해 보면 다음과 같다.

  • platformio.ini 파일의 설정에 따라서 툴체인, 플랫폼 SDK, 예제코드 등 자동 설치
  • 별도의 make 파일 생성없이 자동으로 빌드 환경 구성
  • Library Dependency Finder(LDF) 기능으로 소스 파일의 include를 참고하여 자동으로 의존성 있는 라이브러리 빌드
  • J-Link 등 다양한 디버깅 툴을 이용한 다운로드, 디버깅 지원
  • Serial Monitor 기능 제공하여 시리얼 디버깅 콘솔 출력 기능
  • Unit Test 지원하여 host/target hibrid unit test 환경 제공
  • 위의 사항을 조합한 통합 개발 환경

간단히 말해서 platformio.ini 로 초기화를 잡아주고 CLI를 실행만 해주면 초기 틀이 잡혀지고, 여기에 코드만 작성하면 바로 빌드, 로딩, 실행, 디버깅이 가능하다는 것이다.

위와 같은 CLI 기능이 VSCode frontend 로 감싸진 형태라 VSCode 에 익숙한 개발자라면 큰 러닝 커브없이 임베디드 개발환경을 익힐 수 있다.

VSCode Extension 설치하기

VSCode Extension에서 아래 패키지를 설치하면 된다.

설치가 되면 PlatformIO는 다음과 같이 접근 할 수 있다.

  • VSCode 좌측 Active Bar의 개미얼굴 모양의 아이콘으로 PIO Quick Access 열기
  • VSCode 하단 Status Bar의 집 모양 아이콘으로 PIO Home 열기

열려는 프로젝트의 루트 폴더에 platformio.ini 가 있으면 자동으로 PlatformIO 가 인식되어 빌드 등의 동작을 수행할 수 있다.

만일 CLI를 직접 실행 해 보려면 다음과 같이 실행할 수 있다.

  • PIO Quick Access -> Miscellaneous -> PlatformIO Core CLI
  • VSCode 명령창에서 “PlatformIO: Open PlatformIO Core CLI”

PlatformIO는 필요한 파일들을 홈디렉토리의 .platformio 폴더에 생성한다.

NUCLEO-F103RB 용으로 프로젝트를 생성한 이후에는 해당 폴더에 다음과 같이 파일과 디렉토리가 생성된다.

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$ cd ~/.platformio
$ tree -L 2
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├── appstate.json
├── homestate.json
├── packages
│   ├── contrib-piohome
│   ├── framework-stm32cubef1
│   ├── tool-cppcheck
│   ├── tool-dfuutil
│   ├── tool-ldscripts-ststm32
│   ├── tool-openocd
│   ├── tool-scons
│   ├── tool-stm32duino
│   └── toolchain-gccarmnoneeabi
├── penv
│   ├── bin
│   ├── include
│   ├── lib
│   ├── pip.conf
│   ├── pyvenv.cfg
│   └── state.json
├── platforms
│   ├── native
│   └── ststm32
└── python3
    ├── bin
    ├── include
    ├── lib
    ├── package.json
    └── share

각각의 폴더의 특징을 설명하면 다음과 같다.

  • python3, penv: Platform Core CLI를 Python으로 작성되어 있다. Python 과 PlatformIO 툴이 설치
  • platforms: 사용하는 플랫폼이 다운로드 됨. ststm32는 STM32 platform 이고, native 는 host 에서 unit test 를 위하여 설치한 것이다.
  • packages: Framework와 필요한 툴들이 설치
    • framework-stm32cubef1: STM32CubeF1 Framework
    • tool-???: 툴체인, OpenOCd, 다운로드 프로그램, SCons 등 필요한 툴이 자동으로 설치됨.

정리

이상으로 간단하게 PlatformIO의 특징을 정리하고, 다음 글 PlatformIO (2) - STM32Cube Platform 개발 에서는 PlatformIO를 이용하여 NUCLEO-F103RB 용 프로젝트를 생성하고 개발하는 과정을 설명한다.