STM32 펌웨어 직접 개발하기

GPIO부터 FreeRTOS 종합 프로젝트까지

STM32를 샀는데, LED Blink 다음에 무엇을 공부해야 할지 막막하셨나요?

GPIO를 한 번 켜보고, 인터넷의 예제 코드를 복사해 ADC나 PWM을 실행해보는 것까지는 어렵지 않습니다.

그런데 막상 직접 프로그램을 만들려고 하면 질문이 생깁니다.

Interrupt는 왜 사용하는 걸까?
Timer는 HAL_Delay와 무엇이 다를까?
ADC 값은 실제로 어떻게 읽는 걸까?
PWM의 주기와 Duty Ratio는 어떻게 결정될까?
전원을 껐다 켜도 데이터를 남기려면 어떻게 해야 할까?
FreeRTOS의 Task, Priority, Queue는 왜 필요한 걸까?

이 강의는 이런 질문에 답하기 위해 만들었습니다.

STM32F103C8T6 기반의 Blue Pill과 STM32CubeIDE를 이용하여 GPIO부터 Interrupt, Timer, ADC, PWM, Flash Memory, FreeRTOS까지 직접 구현합니다.

단순히 HAL 함수 사용법을 나열하는 강의가 아닙니다.

하나의 기능을 배우고 직접 실행하고, 변수와 MCU의 동작을 확인한 뒤, 마지막에는 지금까지 배운 기능을 연결하여 FreeRTOS 기반의 작은 Embedded System을 완성합니다.

LED Blink에서 멈추지 마세요

STM32를 처음 공부하면 보통 다음과 같이 시작합니다.

HAL_GPIO_TogglePin()을 이용하여 LED를 깜빡이고, HAL_Delay()의 숫자를 바꾸면서 동작을 확인합니다.

하지만 실제 임베디드 프로그램에서는 이것만으로 부족합니다.

버튼이나 센서의 이벤트를 즉시 처리해야 하고, 정확한 시간 간격으로 작업해야 하며, 아날로그 신호를 읽고, PWM을 생성하고, 필요한 데이터를 Flash에 저장해야 합니다.

시스템이 조금 더 복잡해지면 하나의 while(1) 안에서 모든 기능을 처리하기도 어려워집니다.

그래서 마지막에는 FreeRTOS가 등장합니다.

이 강의는 LED Blink에서 출발하여 FreeRTOS까지 자연스럽게 이어지는 학습 흐름으로 구성했습니다.

GPIO
 ↓
External Interrupt
 ↓
Timer Interrupt
 ↓
ADC
 ↓
PWM
 ↓
Input Capture
 ↓
Flash Memory
 ↓
FreeRTOS Task
 ↓
Priority / Task State
 ↓
Queue
 ↓
FreeRTOS 종합 프로젝트

각 기능을 따로 배우고 끝내는 것이 아니라, 왜 필요한지 이해한 다음 다음 기능으로 연결합니다.

이 강의에서 얻게 되는 것

수강 전수강 후STM32CubeIDE가 어렵게 느껴짐프로젝트 생성부터 디버깅까지 직접 진행HAL 코드를 복사해서 사용HAL API가 어떤 역할을 하는지 이해LED Blink 정도만 구현GPIO·Interrupt·Timer·ADC·PWM 직접 구현Interrupt가 왜 필요한지 모름Polling과 Interrupt 차이를 설명 가능Timer 설정값이 어렵게 느껴짐Prescaler·Period의 의미를 이해ADC 숫자만 확인ADC 값을 전압과 온도로 변환PWM을 단순 출력 기능으로만 이해주기·Duty Ratio·Input Capture까지 연결전원 OFF 시 데이터가 사라짐Flash Memory에 데이터를 저장Super Loop만 사용Task 기반 프로그램 구조 이해RTOS 용어가 어렵게 느껴짐Scheduler·Priority·Blocked·Suspended 이해Task끼리 데이터를 어떻게 전달할지 모름Queue로 데이터를 전달기능 하나씩만 실습ADC + Queue + FreeRTOS + LED 종합 프로젝트 구현

비싼 장비 없이 시작합니다

임베디드 강의를 듣다 보면 오실로스코프, 로직 애널라이저, 여러 종류의 센서와 개발보드가 필요해지는 경우가 있습니다.

이 강의는 가능한 한 적은 장비로 STM32의 핵심 기능을 경험하는 것을 목표로 구성했습니다.

기본적으로 사용하는 장비는 다음 정도입니다.

준비물용도STM32F103C8T6 Blue Pill실습 MCUST-Link다운로드 및 DebugUSB 케이블전원 및 연결Jumper Wire필요한 핀 연결PCSTM32CubeIDE 실행

별도의 오실로스코프가 없어도 STM32CubeIDE의 Debug와 Live Expressions를 적극적으로 활용합니다.

변수가 실제로 변하는 모습을 눈으로 확인하면서 프로그램이 어떻게 동작하는지 이해합니다.

예를 들어 ADC 수업에서는 단순히 코드를 실행하고 넘어가는 것이 아니라,

ADC Raw Value
      ↓
Voltage
      ↓
Temperature

의 변화를 직접 확인합니다.

FreeRTOS 수업에서는:

Task Priority
Task 동작 횟수
Queue 데이터 개수
전송 값
수신 값

을 Live Expressions에서 확인하면서 RTOS의 동작을 이해합니다.

단순히 코드를 따라 치는 강의가 아닙니다

이 강의에서는 새로운 기능이 등장할 때마다 먼저 **“왜 필요한가?”**를 설명합니다.

예를 들어 Interrupt를 배우기 전에 Polling 방식의 문제를 생각합니다.

Timer를 배우기 전에 HAL_Delay()만 사용했을 때의 한계를 살펴봅니다.

FreeRTOS를 배우기 전에는 Super Loop 구조에서 여러 기능을 동시에 처리하면 어떤 문제가 생기는지를 먼저 확인합니다.

Queue를 배우기 전에는 서로 독립적으로 실행되던 두 Task 사이에 데이터를 전달해야 하는 상황을 생각해봅니다.

따라서 수업의 기본 흐름은 항상 다음과 같습니다.

문제 발견
   ↓
개념 이해
   ↓
CubeMX 설정
   ↓
CubeIDE 코드 작성
   ↓
Debug
   ↓
실제 동작 확인

함수를 외우는 것보다 왜 그 함수를 사용하는지 이해하는 것에 초점을 맞췄습니다.

STM32CubeMX와 CubeIDE를 함께 사용합니다

STM32 개발에서는 MCU의 모든 Register를 처음부터 직접 설정할 수도 있습니다.

하지만 입문 단계에서는 GPIO 하나를 사용하기 위해 수많은 Register부터 공부하다가 정작 전체 개발 흐름을 놓치기 쉽습니다.

이 강의에서는 STM32CubeMX를 이용하여 Peripheral을 설정하고, STM32 HAL Library를 이용하여 프로그램을 작성합니다.

CubeMX
→ MCU와 Peripheral 설정

CubeIDE
→ 코드 작성

HAL Library
→ MCU 기능 제어

Debugger
→ 실제 동작 확인

이를 통해 STM32 프로젝트가 생성되고 Peripheral이 초기화되고 사용자 코드가 실행되는 전체 흐름을 익힙니다.

GPIO부터 시작합니다

처음부터 RTOS를 다루지 않습니다.

가장 기본적인 GPIO부터 시작합니다.

GPIO가 무엇인지, MCU Pin은 어떻게 Input과 Output으로 사용되는지, Source와 Sink 방식은 무엇인지 이해한 후 실제 LED를 제어합니다.

그다음 단순 출력에서 Event 처리로 넘어갑니다.

GPIO Output
      ↓
External Interrupt
      ↓
Timer Interrupt

이렇게 기능이 하나씩 확장됩니다.

Polling만 사용하지 않습니다

버튼 상태를 계속 검사하는 방식과 Interrupt를 이용하여 필요한 순간에만 처리하는 방식에는 차이가 있습니다.

External Interrupt 실습에서는 Rising Edge와 Falling Edge를 이해하고, Callback 함수가 어떻게 호출되는지도 직접 확인합니다.

Timer Interrupt에서는 핀이 없어도 일정 시간마다 이벤트가 발생하는 구조를 실습합니다.

따라서 단순한 코드 작성뿐 아니라:

Event 발생
   ↓
Interrupt
   ↓
Callback
   ↓
사용자 코드 실행

이라는 임베디드 프로그램의 중요한 흐름을 이해할 수 있습니다.

ADC로 실제 값을 읽습니다

Digital 신호만 다루지 않습니다.

STM32의 ADC를 이용하여 아날로그 값을 Digital 값으로 변환하는 과정도 학습합니다.

STM32 내부 온도센서를 사용하여 별도의 센서를 추가하지 않고도 ADC를 실습합니다.

Internal Temperature Sensor
            ↓
           ADC
            ↓
       ADC Raw Value
            ↓
         Voltage
            ↓
       Temperature

단순히 ADC 숫자를 읽는 데서 끝나지 않고 ADC 값이 실제 물리량으로 어떻게 변환되는지까지 연결합니다.

PWM은 이론과 실습을 나누어 이해합니다

PWM은 LED 밝기 제어 정도로만 설명되기도 하지만 실제 임베디드 시스템에서는 매우 중요한 기능입니다.

강의에서는 PWM의:

Frequency
Period
Duty Ratio

관계를 먼저 이해합니다.

그 후 CubeMX의 Timer 설정을 이용하여 직접 PWM을 생성합니다.

Input Capture를 통해 Rising Edge와 Falling Edge를 Capture하여 입력 신호의 주기와 Duty Ratio를 이해하는 과정도 경험합니다.

즉,

PWM을 만든다

에서 끝나는 것이 아니라,

PWM이 무엇인지 이해한다
      ↓
PWM을 생성한다
      ↓
PWM의 시간을 측정한다

까지 이어집니다.

전원이 꺼져도 값을 남겨봅니다

RAM의 변수는 전원이 꺼지면 사라집니다.

그렇다면 제품의 설정값이나 사용 횟수처럼 전원을 껐다 켜도 유지해야 하는 데이터는 어디에 저장해야 할까요?

Flash Memory 실습에서는 데이터를:

Unlock
 ↓
Erase
 ↓
Write
 ↓
Read

순서로 저장합니다.

Boot Counter 예제를 통해 MCU가 Reset될 때마다 값이 증가하고, 전원을 껐다 켜도 이전 값이 남아 있는 것을 확인합니다.

이를 통해 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리의 차이를 실제 코드로 경험합니다.

그리고 FreeRTOS를 시작합니다

주변장치의 기본을 경험한 다음 FreeRTOS로 넘어갑니다.

처음부터 어려운 RTOS 기능을 모두 다루지 않습니다.

먼저 질문합니다.

“왜 RTOS가 필요할까?”

Super Loop에서 여러 기능을 실행할 때 발생할 수 있는 문제를 살펴보고, 프로그램을 Task로 나누는 이유부터 이해합니다.

Super Loop

Task A
→ Task B
→ Task C
→ 반복

에서,

FreeRTOS

Task A ─┐
Task B ─┼→ Scheduler
Task C ─┘

구조로 확장합니다.

Scheduler와 Task State를 눈으로 확인합니다

FreeRTOS에서 중요한 것은 단순히 Task를 여러 개 만드는 것이 아닙니다.

Task가 언제 실행되고 언제 기다리는지를 이해해야 합니다.

강의에서는:

Running
Ready
Blocked
Suspended

상태를 학습합니다.

osDelay()를 호출했을 때 CPU가 멈추는 것이 아니라 해당 Task가 Blocked 상태가 되고 다른 Task가 실행될 수 있다는 것도 확인합니다.

Priority가 실제 실행에 어떤 영향을 줄까요?

두 Task의 Priority가 같을 때와 하나의 Task Priority를 높였을 때를 직접 비교합니다.

LedTask
Normal

CounterTask
Normal

에서,

LedTask
Normal

CounterTask
AboveNormal

로 변경합니다.

Live Expressions에서 각 Task의 작업 횟수를 관찰하면서 높은 Priority의 Task가 CPU 실행 기회를 어떻게 가져가는지 확인합니다.

그리고 Suspend와 Resume을 이용하여:

Running / Ready
      ↓
Suspended
      ↓
Resume
      ↓
Ready

과정도 실습합니다.

Task끼리 데이터를 전달합니다

Task를 여러 개 만들었다면 다음 질문이 생깁니다.

“SensorTask가 만든 값을 ControlTask에서 사용하려면 어떻게 해야 할까?”

여기서 Queue가 등장합니다.

ProducerTask
     │
     │ Put
     ▼
   Queue
     │
     │ Get
     ▼
ConsumerTask

Producer와 Consumer의 개념을 이해하고 FIFO 방식으로 데이터를 전달합니다.

또한 Producer가 Consumer보다 빠를 때:

Queue 데이터 증가
      ↓
Queue Full
      ↓
Put 실패 가능

상황도 직접 확인합니다.

Queue를 단순한 API가 아니라 Task와 Task 사이를 연결하는 데이터 통로로 이해할 수 있도록 구성했습니다.

마지막에는 하나의 Embedded System을 완성합니다

마지막 14강에서는 지금까지 배운 내용을 하나로 합칩니다.

프로젝트 주제는:

내부 온도에 따라 LED Blink 속도 제어하기

입니다.

STM32 내부 온도센서를 ADC로 측정합니다.

SensorTask에서 측정한 온도를 Queue를 이용하여 ControlTask로 전달합니다.

ControlTask에서는 온도를 판단하여 LED Toggle 간격을 결정합니다.

LedTask는 결정된 간격으로 PB2 LED를 제어합니다.

Internal Temperature Sensor
            ↓
           ADC
            ↓
       SensorTask
            ↓
       SensorQueue
            ↓
       ControlTask
            ↓
    blink_interval_ms
            ↓
        LedTask
            ↓
         PB2 LED

MCU의 온도가 낮을 때는 LED가 천천히 깜빡입니다.

헤어드라이어로 MCU를 가열하여 내부 온도가 올라가면:

Temperature ↑
      ↓
Blink Interval ↓
      ↓
LED Blink Speed ↑

LED가 더 빠르게 깜빡입니다.

수업에서 배운 ADC, Queue, Task, Scheduler, osDelay()와 GPIO가 하나의 시스템 안에서 연결되는 순간입니다.

이 강의의 학습 로드맵

강의핵심 내용1강임베디드 시스템과 Blue Pill 알아보기2강Blue Pill 개발환경 준비하기3강GPIO와 HAL Library 이해하기4강GPIO Output으로 LED 제어하기5강External Interrupt 이해하기6강Timer Interrupt로 시간 제어하기7강ADC로 아날로그 신호 읽기8강PWM과 SPWM 이해하기9강PWM 생성과 Input Capture 실습10강Flash Memory에 데이터 저장하기11강RTOS가 필요한 이유와 첫 FreeRTOS 실습12강Task Priority와 상태 제어13강Queue로 Task 간 데이터 전달하기14강FreeRTOS 종합 프로젝트

앞부분에서는 MCU Peripheral을 하나씩 이해하고, 후반부에서는 FreeRTOS를 이용하여 여러 기능을 하나의 시스템으로 연결합니다.

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수강 대상추천 이유STM32를 처음 시작하는 분개발환경부터 단계적으로 시작합니다Arduino 다음 단계가 궁금한 분HAL 기반 STM32 개발 흐름을 경험합니다전기·전자·컴퓨터 관련 대학생MCU 실습과 RTOS의 기본 흐름을 익힐 수 있습니다졸업작품을 준비하는 분GPIO·ADC·PWM·Flash·RTOS의 기본기를 연결할 수 있습니다STM32 예제 코드를 복사해서만 사용했던 분코드가 왜 필요한지 개념부터 설명합니다FreeRTOS를 처음 접하는 분Task → Scheduler → Priority → Queue 순으로 진행합니다임베디드 펌웨어에 관심 있는 비전공자가능한 한 실제 예제와 그림을 이용해 설명합니다하드웨어 설계 이후 펌웨어까지 공부하고 싶은 분MCU를 직접 움직이는 소프트웨어 흐름을 익힐 수 있습니다

선수지식은 어느 정도 필요할까요?

전문적인 임베디드 경험은 필요하지 않습니다.

다만 다음 정도의 C언어 기초를 알고 있다면 수강하기 편합니다.

변수
if / else
for / while
함수
배열의 기본 개념

Pointer나 RTOS를 미리 잘 알고 있을 필요는 없습니다.

강의에서 사용되는 코드가 무엇을 의미하는지 필요한 부분부터 설명합니다.

이 강의에서 다루는 범위

이번 강의의 목표는 STM32의 모든 Peripheral을 한 번에 다루는 것이 아닙니다.

임베디드 펌웨어를 처음 시작하는 학습자가 GPIO에서 FreeRTOS까지 한 흐름으로 경험하는 것에 집중합니다.

따라서 GPIO, External Interrupt, Timer Interrupt, ADC, PWM, Input Capture, Flash Memory, FreeRTOS Task, Scheduler, Priority, Suspend/Resume, Queue를 중심으로 진행합니다.

UART, SPI, I2C, CAN, USB와 같은 통신 Peripheral이나 Semaphore·Mutex와 같은 고급 RTOS 동기화 기능은 이번 과정의 범위에서 제외했습니다.

기능을 많이 나열하기보다 각 기능을 실제로 동작시키고 다음 개념으로 연결하는 것을 우선했습니다.

첫 번째 강의와 함께 들으면

「전자회로(개발보드) 직접 설계하기 - 회로도부터 PCB Artwork까지」에서는 STM32를 이용하여 하드웨어를 만드는 과정을 다뤘습니다.

이번 강의에서는 STM32를 이용하여 하드웨어를 움직이는 펌웨어를 다룹니다.

두 강의의 관계는 다음과 같습니다.

첫 번째 강의

회로 설계
   ↓
Schematic
   ↓
PCB Artwork
   ↓
개발보드 완성


두 번째 강의

개발환경
   ↓
GPIO / Interrupt / ADC / PWM
   ↓
Flash
   ↓
FreeRTOS
   ↓
Embedded System 완성

하드웨어와 펌웨어를 모두 공부하고 싶은 분이라면 두 과정을 연속해서 학습할 수 있습니다.

단순히 LED를 켜는 데서 끝내지 않습니다

이 강의에서 중요한 것은 코드의 길이가 아닙니다.

STM32를 공부하면서 다음 질문에 스스로 답할 수 있게 되는 것이 목표입니다.

왜 Interrupt를 사용하는가?

왜 Timer가 필요한가?

ADC 숫자는 무엇을 의미하는가?

PWM의 주기와 Duty Ratio는 어떻게 결정되는가?

왜 Flash를 사용할까?

왜 프로그램을 여러 Task로 나누는가?

Priority가 달라지면 Scheduler는 어떤 Task를 실행할까?

Task 사이의 데이터는 어떻게 전달할까?

이 질문에 답할 수 있다면 단순히 예제를 따라 실행한 것이 아니라 임베디드 프로그램의 구조를 이해하기 시작한 것입니다.

강의를 마치면

처음에는:

LED를 어떻게 켜지?

에서 출발합니다.

그리고 마지막에는:

센서가 데이터를 측정하고
        ↓
Task가 데이터를 전달하고
        ↓
다른 Task가 판단하고
        ↓
출력 장치가 반응하는

하나의 Embedded System을 직접 구현합니다.

STM32의 모든 기능을 외우는 것이 이 강의의 목표는 아닙니다.

MCU를 어떻게 설정하고, 어떻게 코드를 작성하고, 어떻게 동작을 확인하고, 여러 기능을 어떻게 하나의 시스템으로 연결하는지 경험하는 것.

그것이 이 강의의 목표입니다.

GPIO에서 시작해 FreeRTOS까지.

STM32 펌웨어 개발의 첫 흐름을 직접 경험해보세요.