인프런 커뮤니티 질문&답변

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소자가 어떤 통신 방식을 쓰는지는 단순히 회사마다 임의로 결정하는 것이 아니라, 기능과 역할에 따라 국제 표준이나 업계 합의된 규격에 맞추어 정해지는 경우가 대부분입니다. 즉, 디버깅용 MCU는 JTAG이나 SWD를, Ethernet PHY는 MII나 RGMII 같은 방식을, ADC나 센서류는 I2C나 SPI를 사용하는 식으로 자연스럽게 규격이 정해져 있습니다.

먼저 디버깅 인터페이스인 JTAG은 IEEE 1149.1이라는 국제 표준에서 정의된 Boundary Scan Test 규격입니다. 원래는 반도체 내부의 로직을 외부 핀을 통해 검증하기 위해 만들어졌지만, 이후에는 MCU, FPGA, SoC 같은 디지털 소자의 디버깅 및 펌웨어 다운로드에도 표준적으로 활용되고 있습니다. 예를 들어 ARM Cortex 계열 MCU는 JTAG뿐 아니라 ARM에서 정의한 SWD(Serial Wire Debug)를 지원하는데, 이는 핀 수를 줄인 변형 규격입니다. 따라서 개발자가 MCU를 선택할 때, 해당 칩이 JTAG, SWD, 혹은 두 가지 모두를 지원하는지를 확인하면 디버깅 인터페이스가 정해집니다.

Ethernet PHY의 경우는 IEEE 802.3 표준이 기준이 됩니다. MAC 컨트롤러와 PHY 사이의 연결 방식으로 가장 대표적인 것이 MII(Media Independent Interface)이고, 속도와 핀 수 최적화를 위해 파생된 여러 규격이 존재합니다. 예를 들어 100Mbps 환경에서는 MII나 RMII(Reduced MII)가 많이 쓰이고, 1Gbps 환경에서는 GMII(Gigabit MII), RGMII(Reduced Gigabit MII), 또는 직렬화된 SGMII(Serial GMII)가 사용됩니다. 모두 IEEE 802.3 Working Group에서 정의했기 때문에, 특정 제조사의 PHY를 선택하더라도 해당 표준을 지원한다면 MCU나 SoC와 호환됩니다. 실제 보드 설계에서는 예를 들어 STM32 MCU의 Ethernet MAC 블록이 RMII를 지원한다면, 반드시 RMII를 지원하는 PHY 칩을 선택해야 하며, 그렇지 않으면 연결이 불가능합니다.

아날로그 소자인 ADC, DAC, 센서 같은 경우는 I2C, SPI, UART와 같은 직렬 통신 규격을 따릅니다. I2C는 필립스(NXP)에서 정의한 양방향 2선식 프로토콜이고, SPI는 모토로라에서 정의한 4선식 동기식 통신 규격입니다. 이들은 반도체 업계 전반에서 사실상 표준처럼 자리잡았기 때문에, 제조사와 관계없이 동일한 프로토콜을 지원한다면 쉽게 호환됩니다. 예를 들어 온도 센서를 I2C 인터페이스로 설계하면, 나중에 다른 제조사의 I2C 온도 센서로 교체하더라도 소프트웨어 주소만 바꿔주면 동작할 수 있습니다. 반면 SPI 기반 ADC를 사용한다면 클럭 속도, 데이터 프레임 길이, 모드(Mode0~Mode3) 같은 세부 설정을 맞춰주어야 정상 동작합니다.

또한 고속 직렬 인터페이스의 경우도 표준 규격에 따라 정해집니다. 예를 들어 PCI Express는 PCI-SIG라는 컨소시엄에서 정의한 표준이고, USB는 USB-IF에서 관리하는 표준입니다. 따라서 특정 SoC가 PCIe Gen3 x4를 지원한다고 하면, 반드시 동일한 규격을 따르는 외부 디바이스와만 통신할 수 있습니다.

정리하면 소자의 통신 방법은 국제 표준화 기구(IEEE, JEDEC, ISO 등) 또는 업계 컨소시엄에서 규격화한 프로토콜에 따라 정해지며, 설계자는 데이터시트에서 지원하는 인터페이스를 확인한 뒤 시스템의 다른 블록과 호환되는 규격을 맞춰주는 방식으로 설계를 진행합니다. 예를 들어 MCU는 JTAG이나 SWD를 통해 디버깅, Ethernet PHY는 MII 계열 인터페이스로 MAC과 연결, ADC는 SPI 혹은 I2C로 MCU와 연결하는 식입니다.