- 🎯 범용 RC카 프로젝트 소개
- 📋 주요 기능
- 🚚임베디드 설계도
- 📊 범용 RC카 프로젝트 구성도
- 🛠️ 동시성 제어 관련 제한조건 구현 내용
- ✨ 프로젝트 파일 구성
- 🐛 개발시 문제점과 해결 (트러블 슈팅)
- 📝 시스템 커스텀 가이드
- 👬 팀원 소개 및 역할
RC 카의 제어와 기기 추가를 좀 더 확장하기 쉽게 하기 위해 제작되었습니다. 이 프로젝트는 아래와 같은 목적을 가지고 있습니다:
- 모터 및 제어 장치 확장: DC 모터, 서보 모터 등 다양한 임베디드 제어 장치를 쉽게 추가하고, 사용자 맞춤 제어를 가능하게 함.
- 제어 방법의 커스터마이징: WebSocket API, Bluetooth 등을 통해 사용자가 다양한 방식으로 RC 카를 제어할 수 있도록 유연성을 제공.
- 확장성과 안정성 강화: 프로세스 간 통신과 동시성 제어를 통해 안정적이며 확장 가능한 시스템 구축.
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DC 모터를 활용한 전진 및 후진 방향 제어
- RC카의 전진 및 후진 방향을 DC 모터로 정밀하게 제어합니다.
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서보 모터를 이용한 오픈카 모드
- 서보 모터를 활용하여 차량의 오픈카 모드를 구현합니다.
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조도 센서 및 LED를 활용한 오토라이트 기능
- 주변의 밝기를 감지하여 자동으로 라이트를 켜고 끄는 기능입니다.
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스피커를 활용한 경적 기능
- 스피커를 통해 RC카에 경적 소리를 지원합니다.
RC카는 다양한 인터페이스를 지원하여 유연한 제어가 가능합니다.
- WebSocket API : 웹(Web) 환경을 통해 실시간 제어 가능
- Bluetooth : 모바일 환경에서 Bluetooth를 통해 제어 가능
구성 설명
1. 건전지 스펙
전원 공급:
RC 카의 모터 제어및 서보 모터, 라즈베리파이 보드 전원 공급에 사용
갯수 : 2개
전압: 3.7V
용량: 2000mAh
2. UART (블루투스 통신)
역할:
블루투스 모듈과 라즈베리파이 간 통신을 통해 RC 카의 원격 제어수행
활용: 스마트폰 등 외부 장치에서 조종 명령을 전송
3. 서보 모터 (Servo Motor)
역할:
오픈 카 모드 제어
RC 카의 각도 및 조향 방향을 세밀하게 조정
4. DC 모터와 어댑터
역할:
RC 카의 구동 및 방향 제어
모터 드라이버를 통해 속도와 방향을 조절
2개의 DC 모터를 사용하여 RC 카를 움직임
5. LED 핀과 조도 센서
역할:
주변 조도 감지를 통해 오토라이트 모드 구현
조도 센서가 어두운 환경을 감지하면 LED가 자동으로 켜짐
6. 스피커
역할:
RC 카 경적을 내도록 함
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Controller RC 카의 동작을 제어하며, 현재 등록된 Device 를 제어합니다. Thread Pool을 사용해 병렬 작업을 수행하며, 효율적인 리소스 활용과 빠른 응답성을 보장합니다.
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Connection Handler 외부 입력(Bluetooth, WebSocket, Remote)을 처리하며, 동시 연결 시 경쟁 조건 방지를 위해 Mutex Lock을 사용해 안정성을 보장합니다.
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IPC (Message Queue) 프로세스 간 데이터 교환을 위한 비동기 데이터 전달 역할을 수행합니다. 데이터를 FIFO 방식으로 처리하며, Connection Handler와 Controller 간의 의사소통을 중재합니다.
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Thread Pool Controller와 Connection Handler 모두에서 작업을 병렬로 처리하며, 리소스 최적화 및 성능 향상을 도모합니다.
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외부 제어 소프트웨어 WebSocket API와 Bluetooth 모듈을 통해 사용자가 실시간으로 RC 카를 제어할 수 있습니다.
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IPC 메시지 큐
역할: 프로세스 간 메시지 전달 (Handler → Controller).
특징: 비동기 데이터 처리 안정적 프로세스 통신
// 메시지 큐 속성의 초기화
attr.mq_flags = 0;
attr.mq_maxmsg = 10;
attr.mq_msgsize = BUFSIZ;
attr.mq_curmsgs = 0;
// 메시지 큐 오픈
mq = mq_open(MESSAGE_QUEUE_NAME, O_CREAT | O_RDONLY, 0644, &attr);
if (mq == (mqd_t)-1) {
perror("mq_open failed");
return 1;
}
// 메시지 큐에서 데이터를 읽음
n = mq_receive(mq, buf, sizeof(buf), NULL);
if (n == -1) {
perror("mq_receive failed");
continue;
}
// 메시지 큐로 전송
if (mq_send(mq, buffer, strlen(buffer), 0) == -1) {
perror("[Handler] Failed to send message");
}-
쓰레드 풀
구성: Controller: Device Worker Thread Pool Handler: Connection Worker Thread Pool
이유: 실시간 처리 강화 리소스 효율화 (스레드 재사용) : Device 제어 이벤트 마다 쓰레드를 생성 및 종료하면 리소스와 성능에 부담이 있어서 프로그램 시작시 쓰레드를 생성하고 재사용하게끔 설계 확장성 유지 : 디바이스와 제어 장치가 추가되면 해당 쓰레드를 더 생성하면 됨
// 모터 제어 스레드를 초기화
for (int i = 0; i < MAX_MOTOR_TYPES; i++) {
motor_threads[i].motor_id = i;
motor_threads[i].is_active = 0;
pthread_mutex_init(&motor_threads[i].mutex, NULL);
pthread_cond_init(&motor_threads[i].cond, NULL);
pthread_create(&motor_threads[i].thread, NULL, motor_control_thread, &motor_threads[i]);
}-
커넥션 동기화
문제: 커넥션 다중 지원 상황에서 제어 명령에 대한 경쟁 조건이 발생함, 제어 소프트웨어 간에 동기화 필요.
해결: Mutex Lock 사용 → 연결 단위 동기화 보장
// 모터 제어 스레드를 초기화
for (int i = 0; i < MAX_MOTOR_TYPES; i++) {
motor_threads[i].motor_id = i;
motor_threads[i].is_active = 0;
pthread_mutex_init(&motor_threads[i].mutex, NULL);
pthread_cond_init(&motor_threads[i].cond, NULL);
pthread_create(&motor_threads[i].thread, NULL, motor_control_thread, &motor_threads[i]);
}1. main.c 프로그램의 시작점이자 root process
프로그램이 시작되면 child process 로
controller.c 와 handler.c를 fork spawn을 실행합니다.
2. handler.c
RC카를 직접 제어하거나 웹 통신 블루투스 통신 등등 RC카 제어를 위한 connection 을 핸들링 함
connection에서 보내진 데이터를 IPC로 보내는 파이프라인 역할을 함
3. controller.c
메세지 큐의 데이터를 polling 하여 device 장치를 제어하도록 실행함
4. device_adaptor.c
connection에서 보낸 데이터를 parsing 하여 적합한 device worker thread 에 동작하게 한다. device_adaptor 에 제공된 규악을 device 실행 메서드와 구조체 , 문자열 구조체 변환 메서드를 커스텀하면 해당 device를 실행할 수 있다.
- 문제: 정형화된 데이터 형식 필요
- 해결 방안: JSON ↔ 구조체 변환을 통해 데이터 표준화 및 유연성 확보
- 문제: FORK 비용 및 CONTEXT SWITCHING 부담
- 해결 방안: THREAD 기반 제어 채택 및 THREAD POOL 패턴 적용으로 스레드 생성/종료 비용 최소화
- 문제: 여러 커넥션이 동시에 접근 시 경쟁 조건 발생
- 해결 방안: MUTEX LOCK 사용, 커넥션 단위로 동기화하여 데이터 정합성 및 연결 안정성 보장
- 문제: HTTP 방식은 신뢰성과 안정성이 높지만, 메시지 단위가 무겁고 느리다는 단점 존재
- 해결 방안: 웹 소켓 프로토콜 채택으로, 신뢰성 있는 HTTP 위에 빠르고 작은 통신 가능
새로운 모터 타입을 추가하려면 다음 작업이 필요합니다:
- 명령 구조체를 정의합니다.
- 구조체에는 반드시
id필드를 포함해야 합니다. - json 문자열을 구조체로 변경하는 함수를 구현합니다.
- 구조체에는 반드시
- 명령 처리 함수를 구현합니다.
- 모터 핸들러를 프레임워크에 등록합니다.
- 확장할 device 관련 커스텀 함수를 정의할 파일을 생성합니다 (이번 예시는 survo.c 을 생성했다고 가정)
먼저, survo.c 에 새로운 모터 타입의 명령 구조체를 정의합니다.
구조체에는 반드시 id 필드가 포함되어야 하며, 모터의 동작에 필요한 다른 필드를 추가로 정의합니다.
typedef struct {
int id; // 모터 고유 ID (필수 필드)
int angle; // 서보 모터 회전 각도
int duration; // 동작 지속 시간 (ms 단위)
} ServoMotorCommand;json 문자열을 구조체로 변경하는 함수를 작성합니다
- survo.c 에 문자열을 구조체로 변경하는 메서드를 작성합니다
- dc_motor.c 파일에 구조체 변경 함수 예시가 작성되어 있습니다!
void* parse_servo_motor_message(const char* json_str) {
}- 아래는 예제입니다.
- survo.c 에 명령 처리 메서드를 작성합니다
void handle_servo_motor_command(void* command) {
ServoMotorCommand* servo_command = (ServoMotorCommand*)command;
printf("서보 모터 제어 - ID: %d, 각도: %d, 지속 시간: %dms\n",
servo_command->id,
servo_command->angle,
servo_command->duration);
}- device_adaptor.c 파일에 해당 함수에 다음과 같은 코드를 추가합니다
#include "survo.c" // device_adaptor.c 파일에 추가
void register_custom_device_handler() { // 구현되어 있는 함수에 다음 코드를 추가
MotorHandler servo_motor_handler = {
.handle_command = handle_servo_motor_command,
.parse_message = parse_servo_motor_message,
};
register_motor_handler(1, servo_motor_handler); // 모터 ID 1에 핸들러 등록
} gcc -o controller controller.c -lpthread -lwiringPi -ljanssongcc -o controller controller.c -lpthread -lwiringPi -ljansson
gcc -o handler handler.c -lpthread -lwiringPi -ljansson -lwebsockets
sudo ./main| Profile | Role |
|---|---|
강민기 |
전체적인 프로젝트 구성 설계, 제어 소프트웨어와 모터 사이의 파이프라인 개발, 동시성 처리 구현 |
황용진 |
웹과 라즈베리파이 간 웹소켓 통신을 위한 웹 플랫폼 개발, RC카 dc모터 조립, RC카와 핸들러간 데이터 통신 테스트 진행 |
강인석 |
라즈베리파이5와 스마트폰 간 블루투스 통신을 위한 모바일 애플리케이션 개발, 부가 기능 확장 |
정보경 |
RC카 전체 조립 및 device 단의 조작 소프트웨어 개발, 부가 기능 확장, RC카와 핸들러간 데이터 통신 테스트 진행 |