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ATA 브리지 하드웨어를 구현하자 |
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회로도 1
회로도 2
표 1 부품 목록
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| ◈ 들어가기 전에 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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지난 호에서 우리는 IEEE 1394와 ATA 브리지의 개념을 살펴보았다. 이제 본격적으로 브리지 보드를 제작할 것인데, 제작에 앞서 필요한 부품과 그것들의 구입 방법 등에 대해 잠깐 언급하고자 한다. 우선 가장 많이 쓰이는 저항과 커패시터를 칩 타입을 사용하였다. 보통 만능 기판에 납땜을 할 때에는 다리가 있는 저항과 커패시터를 사용한다. 하지만 많은 수의 부품을 납땜할 경우에는 칩 타입이 더 효과적이다. 칩 저항이나 커패시터 중 2012 크기의 부품은 만능 기판의 구멍 사이에 납땜하기 안성맞춤이기 때문이다. 칩 타입은 처음에 사용하기가 꺼려지지만 사용하면 할수록 시간과 공간을 절약할 수 있다. 사실 예전에는 납땜을 하고 저항이나 커패시터의 다리를 잘라내야 하는 번거로움이 있었다. 납땜을 다 끝내고 마지막에 다리를 잘라내면 된다고 말하는 사람도 있지만, 납땜을 하는 중간중간 매우 불편하다. 그리고 다행히 요즘은 칩 타입의 저항과 커패시터를 소량으로 쉽게 구할 수 있기 때문에 납땜에 자신이 있는 분들은 이 방법을 권하고 싶다.
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| ◈ 부품 구매 가이드 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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저항, 커패시터, 다이오드, 전해콘덴서, IDE 40핀 소켓, 6핀 1394 소켓 등 부품의 대부분은 용산이나 청계천의 전자부품 상가를 가면 쉽게 구할 수 있다. 그리고 두 개의 레귤레이터(U3, U4)도 쉽게 구할 수 있는 것을 선택하였다. 하지만 PHY(U2)와 OXFW911(U1)를 구하기 위해선 노력이 좀 필요할 것 같다. 우선 PHY는 텍사스 인스트루먼트(TI, www.ti.com/sc/1394) 홈페이지에서 샘플 신청을 통해 구할 수 있다. 필자 역시 샘플로 얻은 여섯 개의 PHY를 이용하여 브리지를 개발하였다. 동일한 칩에 대해 최대 3개의 샘플을 신청할 수 있는데, 개발 당시(작년 9월) 본인이 신청한 3개를 모두 실패해 동료의 이름으로 3개를 더 신청해야만 했다.(여러분은 한 번에 성공하기를 진심으로 기원한다) 특별한 문제가 없으면 1주일 내에 UPS로 샘플을 받아볼 수 있을 것이다. 만약 샘플 신청이 거절 당한다면, 대진반도체와 같은 TI의 국내 디스트리뷰터에 문의하면 칩을 구할 수 있을 것이다. OXFW911은 Oxford Semiconductor의 국내 디스트리뷰터인 FM COM(www.fm.co.kr)을 통해 구할 수 있다. 개발 당시 5개를 주문해 가슴 졸이면서 납땜을 하던 기억이 아직도 새록새록하다. 왜냐하면, 칩 값이 개당 2만원으로 꽤 비쌌고 그나마도 구하기가 어려웠기 때문이다. 당시에 비해 지금은 국내에도 1394 외장형 HDD 케이스를 판매하는 회사가 많아졌으므로 FM COM에 재고 물량이 어느 정도 있을 것이라 생각된다. 만약에 FM COM에 재고 물량이 없어서 칩을 구할 수 없다면 필자가 몸 담고 있는 맑은기술(www.malgn.com)에 문의하기 바란다. 아마도 칩을 구할 수 있을 것이다. 독자 제위들의 건투를 빈다. ^^ |
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| ◈ TSB41AB2 ? Physical Layer Controller (PHY) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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그림 1은 TSB41AB2의 핀 배치도이다. 68핀 PAP 패키지이다.
그림 1 Terminal Diagram of TSB41AB2 표 2은 TSB41AB2의 기능별 핀 분류표이다.
표 2 Terminal Functions of TSB41AB2
보다 자세한 내용은 TSB41AB2의 데이터 시트를 보면 알 수 있다. 하지만 데이터 시트를 찾아서 읽어 보는 걸 귀찮아 할 독자도 있을 것이기에 간단히 정리한 것이다. 위의 내용을 완전히 이해하지 못한다고 해도 브리지를 만드는 데에는 큰 어려움이 없으리라 생각한다. 앞에서 제시한 회로도를 유심히 보면서 납땜만 잘 하면 되는 것이다. 다만 중요한(또는 본인이 어떻게 처리해야 할지 많은 고민을 했던) 몇 개의 핀들에 대해서는 추가 설명을 하도록 하겠다. 그리고 회로도와 위 표를 번갈아 보면서 각 핀의 연결 상태를 확인해 보길 권하고 싶다.(나름대로 재미있고 뿌듯한 작업이 될테니…) 우선 C/LKON(19) 핀을 살펴보자. 이 핀은 하드웨어 리셋(예를 들면 전원 스위치를 켰을 때)시에 컨텐더(contender) 상태의 기본값을 설정하는데 사용된다. 10kΩ 저항을 통해 high(contender) 또는 low(not contender)로 설정해 주면 되는데, 데이터 시트에서는 이 핀을 low로 설정하고 컨텐더 상태는 C 레지스터 비트를 통해 설정해주는 방법을 권하고 있다. CPS(24) 핀에 사용되는 400kΩ 저항은 표준 값이 아니라 쉽게 구할 수가 없는데, 근사값인 390kΩ 저항을 사용해도 무방하다. 일반 저항의 오차 범위가 5%이므로 10kΩ의 차이는 오차 범위 내에 들어가기 때문이다. 정상 동작에는 아무런 문제가 없다. 다음으로 power class를 설정하는 PC0-PC2(20-22) 핀에 대해 살펴보자. 본 필자 개발초기에 이 핀들을 어떻게 처리해야 할까 정말 많이 고민했었다. 어떻게 생각해 보면 이게 맞는 것 같고, 또 어떻게 생각해 보면 저게 맞는 것 같고… 납땜을 다 해 놓고, 부푼 마음에 케이블을 연결해 보면 PC에서 외장 하드로 인식하지 못하는 경우가 허다했다. 그 때마다 power class 설정에 문제가 있는 것인가 고민했었다. 하지만 아이러니컬하게도 여러 번의 시행 착오 끝에 얻은 결론은 power class 설정이 정상 동작에 큰 영향을 미치지 않는다는 것이었다. 표 3은 1394 표준에서 정의한 power class 관련 내용이다. 우리가 만들 브리지는 1394 케이블로부터 공급된 전원(12V)을 우선 5V로 레귤레이팅하고, 이것을 다시 3.3V로 레귤레이팅하여 로직 전원으로 사용하므로 power class를 ‘100’으로 설정하면 된다. 하지만 케이블로부터 전원을 공급 받는 것이 아니라 5V를 외부 전원에서 별도로 공급하고 이것을 3.3V로 레귤레이팅하여 사용할 때에도 ‘100’ 설정이 유효했다. 필자의 생각으론 가장 무난한 설정이 아닌가 싶다.(‘may’의 힘이라고나 할까…)
표 3 Power Class Description
지난 호에서도 언급했듯이, 제작한 브리지를 2.5” HDD와 함께 사용할 때는 충분한 전원을 HDD에 공급해 줄 수 있다(5V 공급). 하지만 3.5” HDD를 사용할 때는 별도의 전원 공급 장치가 필요하다. 테스트를 할 때에는 PC 본체의 파워 서플라이에서 남는 전원을 이용해도 되고, 시중에 나와 있는 저렴한 SCSI 외장형 케이스를 약간만 변형하면 실제로도 훌륭한 1394 외장형 HDD로 만들어 쓸 수 있다. 마지막으로 전원핀(AVDD, DVDD, PLLVDD)들을 처리하는 방법을 살펴보자. 표에도 정리했듯이 전원핀 가까이에 0.1μF과 0.001μF 커패시터를 병렬로 조합한 고주파 디커플링 커패시터를 배치하는 것이 좋다. 이는 전원부의 노이즈를 제거하기 위한 것이다. |
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| ◈ OXFW911 ? Link Layer Controller (LINK) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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OXFW911은 IEEE 1394-1995, IEEE 1394a-2000 규약을 지원하는 PHY와 함께 사용하여 1394 to ATA/ATAPI 브리지를 구현할 수 있도록 해 주는 칩이다. 이 칩의 코어는 ARM7TDMI(32bit RISC processor)이며, 512kb의 플래시 메모리가 내장되어 있다. 칩과 함께 제공되는 펌웨어(firmware) 업로더 프로그램을 이용, 1394 버스를 통해 내장 플래시 메모리를 프로그래밍 한다. 다시 말하면, 브리지를 제작한 후 1394 케이블로 컴퓨터와 브리지를 연결하고 나서 업로더 프로그램을 실행시키면 된다(펌웨어 업로드에 대해서는 다음 호에서 자세하게 설명할 것이다). PHY와 마찬가지로 3.3V 단일 전원으로 동작한다. 그림 2는 OXFW911의 핀 배치도인데 128핀 TQFP 패키지이다.
그림 2 Terminal Diagram of OXFW911 표 4는 OXFW911의 기능별 핀 분류표이다. ARM 외부 인터페이스와 EEPROM 인터페이스는 사용하지 않을 것이므로 이 기능과 관련된 핀들은 제외하였다. 역시 데이터 시트를 참조하면 보다 자세한 내용을 알 수 있다.
표 4 Terminal Functions of OXFW911
PHY에 비해 LINK 칩은 주의 사항이 적다고 할 수 있다. 그래도 몇 가지 살펴보도록 하자. IDE 인터페이스와 관련된 핀들은 모두 5V 입출력 신호를 견딜 수 있도록 설계가 되어 있지만, 일반적으로 회로도에서와 같이 22 Ω, 33 Ω, 82Ω 저항을 통해 연결을 한다. 그리고 우리는 내장 플래시 메모리를 사용할 것이므로 UIF(57) 핀을 not connect 상태로 두어야 한다. 마지막으로 PHY에서와 마찬가지로 power 핀 주변에 안정적인 동작을 위해 커패시터들을 배치하도록 한다. |
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| ◈ 부품 배치 시 유의 사항 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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1. PHY - LINK PHY와 LINK는 핀 이름에 맞춰서 그대로 연결을 하면 된다. 두 칩의 핀 배치가 서로 미러(mirror) 이미지이기 때문에 꼬이는 선 없이 연결할 수 있다. 개발 초기에 대만의 비아(VIA)사에서 나온 PHY(VT6302)를 사용해 보기도 했는데, 이 칩과 OXFW911의 핀 배치 순서가 정 반대로 되어 있어서 선이 꼬이는 아픔이 있었다. 한 가지 주의할 것은 1394 인터페이스가 최대 400Mbps의 고속으로 데이터를 전송하는 것이므로 가능한 한 두 칩의 거리를 짧게 해야 한다는 것인데, 아래의 그림을 보면 그 이유를 쉽게 알 수 있다. 그림 3은 두 칩 사이의 거리가 20inch(1inch=2.54cm)로 매우 길 때의 상황을 나타낸 것이다. 3ns(nano second, 1nano=10-9) 이후를 살펴보자. 3ns 즈음에 완전한 신호가 생성되었는데 한 쪽 끝(0inch)에서는 ‘high’이지만 다른 쪽 끝(20inch)에서는 여전히 ‘low’인 것을 볼 수 있다. 이러한 현상은 4ns 이후까지도 지속이 되고 있으며, 신호의 integrity를 떨어뜨리는 결과를 초래한다.
그림 3 Signal Traveling Over Long Wire 그림 4는 앞에서와 같은 신호에 대해 두 칩의 거리가 1inch로 짧아졌을 때를 묘사한 것이다. 모든 시점에서 양단의 신호가 항상 값을 갖고 있음을 확인할 수 있다. 신호의 ingrity가 유지되고 있는 것이다.
그림 4 Signal Traveling Over Short Wire
2. PHY ? Cable connector (1394 connector) PHY와 1394 커넥터의 거리 역시 매우 중요한데, 결론부터 말하자면 이 거리도 가능한 한 짧게 해야 한다. 전송 속도가 매우 빠르기 때문에, 관련 핀과 커넥터를 연결하는 선(납땜하는 선)을 케이블의 연장이라고 봐야 한다. 케이블은 twisted pair(TP)로 되어 있는데, TP 라인에서 신호의 전압차가 110mV로 비교적 작기 때문에 어떠한 differential noise 라도 전송 신호에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 이유로 인해 PHY와 커넥터의 거리를 가능한 한 짧게 하고, outer shied termination 처리를 해 준다. 그림 5, 6 참조.
그림 5 The PHY and Cable Connector (그림 5에서 TSB41LV0x를 TSB41AB2 수정해 주십시오)
그림 6 Compliant DC Isolated Outer Shield Termination
‘박스기사1_크리스탈 발진 회로의 구성’을 이 부분에 삽입해 주십시오. |
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| ◈ 만능 기판에 납땜하기 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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준비물 인두(SMD 납땜용), 인두 스탠드, 납, 플럭스, 래핑선, 니퍼, 스트리퍼, 핀셋
‘박스기사2_납땜 요령 및 주의 사항’을 이 부분에 삽입해 주십시오
이제 부품들을 어떻게 배치할지 결정했으리라 생각된다. 드디어 납땜을 할 시점이 왔다. 인내심을 갖고 끝까지 실수 없이 마치길 기원해 본다.
아래의 그림들은 만능 기판에 제작한 예이다. 지금은 깨끗하게 정리가 되어 있지만 처음 개발할 당시에는 정말 복잡하기 이를 때 없었다. 부품 배치 및 납땜을 할 때 많은 도움이 되리라 생각한다.
그림 7 앞면 전체 사진 SMD 타입의 두 칩을 만능 기판에서 사용하기 위해 확장 보드를 사용할 수밖에 없는데 확장 보드의 크기 문제로 인해 두 칩을 더 이상 가깝게 할 수 없었다. 위 사진을 참조하여 1394 커넥터와 IDE 커넥터, 그리고 전원부를 위와 같이 배치하면 비교적 깔끔하게 납땜을 할 수 있을 것이다.
그림 8 뒷면 전체 사진
그림 9 PHY와 1394 커넥터 납땜 PHY의 power 핀들 가까이에 디커플링 커패시터들이 배치되어 있으며 1394 커넥터와 PHY 사이에 존재하는 terminating 저항들이 가깝게 배치된 것을 확인할 수 있다.
그림 10 OXFW911 납땜 OXFW911의 power 핀들 가까이에 안정적인 동작을 위해서 커패시터들을 배치하였다.
그림 11 40핀 IDE 커넥터 납땜 칩 타입 저항을 사용하는 것이 얼마나 편한지 확실하게 알 수 있을 것이다. 저항의 한 쪽 끝을 커넥터 핀에 직접 붙이면 되니까…
그림 12 전원부 납땜 전원부는 특별한 어려움 없이 납땜할 수 있을 것이다. 다른 부분들에 비하면 이건 일도 아니라고 할 수 있지 않을까? ^^ |
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| ◈ 테스트를 위한 시스템 구성 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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드디어 브리지가 완성되었다! (감동의 물결이… 여기까지 오느라 여러분들 정말 고생 많이 하셨습니다. 이제 완성된 브리지가 정상적으로 작동하는지 테스트 하는 일만 남았군요.) 테스트에 앞서 OXFW911에 펌웨어를 업로드 해야 하는데, 앞서 말했듯이 이 부분은 다음 호에서 설명할 것이다. 다시 말하면 현재로선 테스트를 할 수 없다는 것이다. 하지만 고생고생 끝에 하드웨어 제작을 모두 끝마쳤는데 다음 달까지 절대로 기다리지 못하겠다는 독자가 있다면 필자에게 개인적으로 메일을 보내주기 바란다. 다만 테스트를 위한 시스템 구성의 예를 보여주는 것으로 이번 회를 마치고자 한다. 아래의 그림을 보시라. 우선 PC의 본체를 열고 남는 전원 케이블이 있는지 확인해 본다. 다행히 남는 케이블이 있다면 그걸 이용해서 HDD에 전원을 공급해 주면 되고, 혹시 남는 케이블이 없다면 시스템 HDD를 제외한 다른 장치(예를 들면 CD-ROM)에 꽂혀 있는 전원 케이블 뽑아서 쓰면 된다. 브리지에 필요한 전원은 1394 케이블을 통해 공급된다.
그림 13 테스트를 시스템 구성 예
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| ◈ 다음호에서는.. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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우선 완성된 브리지에 펌웨어를 업로드 하는 방법을 자세하게 설명할 것이고, 환경 설정을 수정하는 방법까지 설명하도록 하겠다. 그리고 HDD, CD-R/RW, 두 개의 HDD, HDD & CD-R/RW 등 다양한 방법으로 PC에 연결하여 사용하는 예를 보여줄 것이다. 속도 테스트 결과도 함께 정리할 것이다. |
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