NXP의 MCX W71 무선 MCU로 자산 보호하기

스마트 계량기와 홈 보안 솔루션

이미지 출처: Naret/stock.adobe.com, AI로 생성

조셉 다우닝(Joseph Downing), 마우저 일렉트로닉스

게시일: 2025년 2월 5일

가정이나 직장에서 소중한 자산의 변조, 도난 또는 남용을 즉시 감지하고 경고를 받을 수 있는 기능이 있다고 상상해 보자. 이 실습 가이드에서는 NXP FRDM-MCXW71 개발 보드에 연결된 Mikroe Hall Switch 3 Click 보드™를 사용하여 NXP Semiconductors FXLS8974CF 가속도계와 NXP NMH1000 마그네틱 스위치 센서를 구성하는 방법을 보여 준다. 이러한 센서는 저전력 모션 또는 마그네틱 웨이크업(wake-up) 기능을 사용하여 의심스러운 활동을 자율적으로 감지하고 Bluetooth^® LE 무선 UART를 통해 경고 메시지를 전송할 수 있다.

여기서 핵심 포인트는 첨단 센서 기술을 활용하여 고가의 자산이나 보안 자산을 보호하는 것이다. 예를 들어 스마트 계량기는 변조 여부를 모니터링하여 금고나 사물함에 대한 무단 접근을 감지함으로써 가정 내 보안을 강화할 수 있다. 또한 개인 의료 기기의 오용을 방지하고 노트북이나 태블릿을 도난으로부터 보호할 수 있다. 산업 환경에서는 창고 도난 감지 및 기계 변조 알림을 통해 손실을 크게 줄이고 보안을 강화할 수 있다. 이 기술은 도어 개폐 감지와 같은 간단한 애플리케이션에도 활용될 수 있다.

FXLS8974CF 가속도계와 NMH1000 마그네틱 스위치 센서는 각각 특정 동작 또는 자성 변화를 감지하도록 구성되어 있다. 이러한 센서가 이상을 감지하면 저전력 절전 해제 기능을 트리거한다. 즉, 비정상적인 상황을 감지할 때까지 디바이스가 저전력 상태를 유지하여 배터리 수명을 절약할 수 있다. 일단 활성화되면 센서는 Bluetooth LE를 통해 경고 메시지를 전송하여 사용자에게 즉시 알린다.

프로젝트 자료 및 리소스

프로젝트 BOM(자재 명세서)

• NXP Semiconductors FRDM-MCXW71 개발 보드

• Mikroe MIKROE-6017 Hall Switch 3 Click

프로젝트 코드/소프트웨어

• NXP MCU용 MCUXpresso IDE

• MCUXpresso SDK 빌더

추가 리소스

• 터미널 소프트웨어(예: PuTTY 또는 MCUXpresso IDE의 명령줄 인터페이스)

추가 하드웨어

• Windows가 설치된 PC

• USB Type-C - USB Type-A 또는 Type-C 케이블(PC USB 포트 가용성에 따라 다름)

• TE Connectivity 535541-6 핀 헤더

계정

• NXP 계정(무료 생성)

프로젝트 기술 개요

NXP FRDM-MCXW71 개발 보드(그림 1)는 MCX W71 무선 마이크로 컨트롤러의 신속한 시제품 제작과 손쉬운 평가를 위해 설계된 다목적 확장 가능 플랫폼이다. 이 콤팩트한 보드는 Bluetooth LE, Zigbee^®, Thread 및 매터를 비롯한 다중 프로토콜 무선 지원 기능을 탐색하려는 전기 엔지니어에게 있어 최적의 옵션이다.

그림 1: NXP FRDM-MCXW71 개발 보드. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

주요 기능:

• 온보드 MCU-Link 디버거로 디버깅 및 프로그래밍을 간소화한다.

• 업계 표준 헤더를 통해 MCU의 I/O에 쉽게 액세스할 수 있다.

• 외부 SPI 플래시 메모리는 스토리지 기능을 향상시킨다.

IoT 애플리케이션, 스마트 홈 장치 및 산업 자동화 시스템 개발에 이상적인 FRDM-MCXW71 보드는 혁신적인 프로젝트를 위한 견고한 기반을 제공한다.

FRDM-MCXW71 보드에는 NXP FXLS8974CF 디지털 IoT 가속도계가 장착되어 있다. 이 소형 3축 MEMS 가속도계는 초저전력 동작 해제 기능이 필요한 광범위한 산업용 및 의료용 IoT 애플리케이션을 위해 설계되었다.

Mikroe Hall Switch 3 Click(그림 2)은 전자 프로젝트를 간소화하도록 설계된 콤팩트한 자기장 작동 스위치이다. NXP NMH1000 홀 효과 마그네틱 스위치가 탑재된 이 애드온 보드는 전자 시스템 깨우기, 홈 자동화(예: 문/창문 개폐 감지), 비접촉식 스위치 및 근접 감지 등의 애플리케이션에 적합하다.

그림 2: Mikroe Hall Switch 3 Click 보드. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

주요 기능:

• mikroBUS™ 호환성을 통해 mikroBUS 표준을 지원하는 모든 호스트 시스템과 쉽게 통합할 수 있다.

• ClickID™는 애드온 보드를 자동으로 감지하고 식별하여 설정 및 구성을 간소화한다.

• 오픈 소스 mikroSDK 라이브러리를 사용하면 유연한 평가 및 사용자 지정이 가능하다.

소프트웨어 개요

MCUXpresso IDE

MCUXpresso 통합 개발 환경(IDE)(그림 3)은 범용 크로스오버 및 무선 지원 MCU를 모두 포함하여 Arm^® Cortex^® -M 코어를 사용하는 NXP MCU에 맞게 조정된 사용자 친화적인 Eclipse 기반 개발 환경을 제공한다. 이 IDE는 MCU별 디버깅 뷰, 코드 추적 및 프로파일링, 멀티코어 디버깅, 통합 구성 도구를 통합하여 고급 편집, 컴파일 및 디버깅 기능을 제공한다.

그림 3: NXP MCUXpresso IDE의 기본 화면. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

MCUXpresso SDK

 MCUXpresso SDK 빌더 (그림 4)는 오픈 소스 드라이버, 미들웨어 및 참조 예제 애플리케이션을 제공하여 소프트웨어 개발을 가속화한다. SDK 빌더를 통해 사용자는 선택한 프로세서 또는 평가 보드에 맞는 소프트웨어 개발 키트(SDK)를 맞춤 설정하고 다운로드하여 개발 프로세스를 간소화할 수 있다. 이후 섹션에서 SDK를 빌드하고 설치하는 방법에 대해 설명한다.

그림 4: NXP MCUXpresso SDK 빌더. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

NXP IoT ToolBox

NXP IoT ToolBox(그림 5)는 NXP 커넥티비티 칩셋용 Bluetooth LE, Zigbee 및 Thread 애플리케이션을 평가할 수 있는 사용자 친화적인 방법을 제공함으로써 즉시 사용 가능한 환경을 개선한다. Google Play와 App Store에서 제공되는 이 올인원 앱은 Bluetooth LE와 맞춤형 독점 프로필을 통해 다양한 스마트폰과 상호 작용할 수 있는 NXP의 기능을 보여준다.

그림 5: Android용 NXP IoT ToolBox. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

프로젝트 개발

이 프로젝트에서는 이 애플리케이션을 시연하는 개념 증명(proof-of-concept)을 개발하기 위해 다양한 장치를 통합하는 방법을 보여준다.

하드웨어 조립

이 프로젝트에는 최소한의 하드웨어 조립이 필요하다. 표준 헤더를 납땜하고 Hall Switch 3 Click 보드를 삽입해야 한다.

1. 핀 헤더를 FRDM-MCXW71 개발 보드의 J5 및 J6에 납땜한다.

2. 올바른 위치에 주의하여 Hall Switch 3 Click 보드를 헤더에 부착한다(그림 6).

그림 6: NXP FRDM-MCXW71 보드에 부착된 Mikroe Hall Effect 3 Click 보드. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

소프트웨어 설치

설치는 간단하며 NXP의 MCUXpresso IDE 다운로드 사이트로 이동하면 된다(그림 7).

그림 7: MCUXpresso IDE 다운로드 페이지. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

1. 사이트에서 Downloads를 클릭한다.

2. MCUXpresso Integrated Development Environment (IDE)으로 이동하여 Download를 클릭한다(그림 8).

그림 8: MCUXpresso IDE 다운로드 도구. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

메시지가 표시되면 화면의 안내에 따라 계정을 생성한다. 이후 화면에서 다운로드할 버전과 사용할 운영 체제(OS)를 선택할 수 있다(그림 9). 이 프로젝트에서는 MCUXpresso 버전 11.10.0(최신 버전을 다운로드해야 함)과 Windows OS를 사용한다.

그림 9: MCUXpresso IDE 버전 및 OS 선택 화면. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

SDK 설치

SDK에는 드라이버, 미들웨어, 문서, 예제 및 기타 구성 요소가 포함되어 있다. 이전에 제공된 링크 또는 MCUXpresso IDE에서 SDK를 설치할 수 있다.

1. MCUXpresso IDE를 실행한다.

2. 시작 화면에서 Download and Install SDKs 링크를 클릭한다(그림 10).

그림 10: MCUXpresso IDE 시작 화면. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

3. 화면 오른쪽의 Filter 필드에 "MCXW"를 입력한다.

4. frdmmcxw71을 선택한다.

5. Install(그림 11)을 클릭하고 설치가 완료될 때까지 기다린다.

그림 11: SDK 설치 보드 선택. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

SPSDK 설치 및 NBU 펌웨어 업로드하기

보안 프로비저닝 SDK(SPSDK)는 NXP MCU 포트폴리오 전반에 걸쳐 원활하게 통합할 수 있도록 설계된 다재다능하고 신뢰할 수 있는 Python SDK 라이브러리이다. 이 라이브러리를 통해 사용자는 디바이스 연결 및 상호 작용, 설정 구성, 보안 데이터 처리 등 데이터 작업을 관리할 수 있다. NBU(Narrow Band Unit)는 Bluetooth LE 장치와 전용 플래시를 포함하는 무선 코어이다. 이 프로젝트에 적합한 디바이스 기능을 보장하려면 NBU 펌웨어를 업데이트해야 한다.

NBU 펌웨어를 업데이트하기 전에 예제 프로젝트를 다운로드한다.

1. MCUXpresso IDE 시작 페이지에서 Import from Application Code Hub 링크를 클릭한다(그림 12).

그림 12: MCUXpresso IDE 시작 페이지의 애플리케이션 코드 가져오기 링크. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

2. 검색 창에 " Tamper detection + FRDM-MCXW"를 입력한다.

3. Tamper detection with low-power wake-up sensor using BLE wireless UART를 선택한다(그림 13).

그림 13: MCUXpresso IDE 가져오기 프로젝트 창. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

4. 창 상단에서 GitHub 링크를 클릭한다.

5. 링크 로딩이 완료되면 Next를 클릭한다.

6. main 브랜치를 git 브랜치로 선택하고 Next를 클릭한다(그림 14).

그림 14: 애플리케이션 코드 허브 분기 선택. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

7. 다음 창에서 로컬 대상 디렉터리를 선택하고 Next를 클릭한다.

8. 기본 마법사를 선택한 상태로 두고 Next를 클릭한다.

9. 두 tamper_detect 프로젝트를 모두 선택한 다음 Finish를 클릭한다(그림 15).

그림 15: git에서 프로젝트 가져오기 및 복제. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

이 프로젝트의 예제를 복제한 경우 NBU 파일의 위치는 선택한 대상 폴더에 따라 달라진다. 이 경우 NBU 파일은 다음 디렉터리에 있다:

    \git\dm-tamper-detection-using-low-power-wakeup-sensor-over

    ble\tamper_detection_demo\frdmmcxw71_fxls8974_tamper_detect\nbu

NBU 펌웨어 업데이트를 설치하려면 먼저 SPSDK를 설치해야 한다.

1. Windows에서 명령 프롬프트 창을 연다.

2. 명령 프롬프트에 다음을 입력한다(그림 16).

       python -m venv GetSpsdk

       cd GetSpsdk

       cd Scripts

       activate

       pip install -U spsdk

그림 16: SPSDK용 CMD 프롬프트 설치. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

여기에서 NBU 펌웨어를 업로드할 수 있다.

참고: NBU 파일을 원래 위치에서 다른 디렉터리로 복사하는 것이 더 쉬울 수 있다.

1. 동일한 명령 프롬프트에서 디렉터리를 NBU 펌웨어 위치로 변경한다.

2. FRDM-MCXW71에서 SW3을 누른 상태에서 보드의 J10 USB Type-C™ 커넥터를 PC에 연결한다.

3. SW3를 릴리스한다.

4. 장치 관리자를 사용하여 MCU-Link COM의 위치를 확인한다(그림 17).

그림 17: 장치 관리자 창. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

5. 명령 프롬프트에서 - blhost -p COMX -- receive-sb-file mcxw71_nbu_ble_1_9_14_0.sb3을 입력하여 COMX의 X를 적절한 COM 포트로 바꾼다(그림 18).

그림 18: NBU 펌웨어 업데이트. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

실행

이제 NBU 펌웨어가 업데이트되고 git 리포지토리에서 예제 소프트웨어가 복제되었으므로 데모를 빌드하고 실행할 수 있다.

소프트웨어 통합 및 데모

MCUXpresso IDE를 연다. 프로젝트 탐색기 창에 예제 프로젝트가 나타난다.

1. 프로젝트 창에서 프로젝트를 선택하고 빌드 아이콘을 클릭하거나 프로젝트를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 빌드(그림 19)를 선택하여 frdmmcxw71_fxls8974_tamper_detect 프로젝트를 컴파일/빌드한다.

그림 19: MCUXpresso IDE 내에서 구축된 데모 프로젝트. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

2. GUI 플래시 도구 아이콘을 클릭한다.

3. Probes discovered 창(그림 20)에서 MCU-LINK를 선택한 다음 OK를 클릭한다.

그림 20: Probe discovered 창. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

4. 다음 창에서 Run...을 클릭하여 프로그래밍을 시작한다. 프로그래밍이 성공하면 Click 보드 아래의 MCXW71에 파란색 LED가 깜박인다.

5. 터미널 소프트웨어를 열고 MCU용 COM 포트를 구성한 다음 전송 속도를 115200으로 설정한다(그림 21).

그림 21: 터미널 인터페이스 설정. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

6. 모바일 장치에서 NXP IoT ToolBox를 연다(그림 22).

7. Wireless UART를 선택한다(그림 23).

그림 22: NXP IoT ToolBox. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

그림 23: NXP IoT ToolBox Wireless UART 화면. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

8. NXP_WU 필드를 선택한다.

9. FRDM-MCXW71 보드를 움직이거나 흔들어 알람을 활성화한다. NXP IoT ToolBox(그림 24)와 터미널 창(그림 25)에 다음 메시지가 모두 표시되어야 한다.

그림 24: NXP IoT ToolBox Wireless Console 동작 변조 감지. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

그림 25: 연결된 장치의 터미널 인터페이스 (출처: 마우저 일렉트로닉스)

그림 26: NXP IoT ToolBox Wireless Console 자기 변조 감지. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

10. 홀 효과 센서를 테스트하려면 위의 프로그래밍 단계를 완료하고 frdmmcxw71_nmh1000_tamper_detect를 사용하여 클릭 보드 위에 자석을 놓으면 그림 26과 같은 결과가 출력된다.

맺음말

이 프로젝트에 적용된 기술은 기술 애호가들만을 위한 것이 아니라, 일상생활을 더욱 안전하고 보안이 강화된 환경으로 만들 수 있는 실용적인 응용 분야들을 선사한다. 개인 소지품 보호, 의료 기기의 안전성 확보, 산업용 장비 보호 등 이 센서 제품들은 신뢰할 수 있고 효율적인 솔루션을 제공한다. 이와 같은 센서 제품들을 보안 시스템에 통합하면 다양한 환경에서 실시간으로 정보를 파악하고 신속하게 대처할 수 있어 안심하고 사용할 수 있다.

저자 소개

조셉 다우닝(Joseph Downing)은 2011년에 기술 지원 스페셜리스트로 마우저 일렉트로닉스에 입사했으며 나중에 기술 콘텐츠 스페셜리스트로 직책을 옮겼다. 20년 넘게 전자 산업에 종사하면서 Intel, Radisys, Planar 같은 회사들을 거쳤다. 그 자신이 열렬한 메이커로서 Mouser.com의 Application and Technology 사이트에 올라오는 기술 프로젝트 및 자료와 더불어 Trade Shows 사이트도 담당하고 있다.