[BBB] BeagleBone Black 핀아웃 다이어그램 및 시리얼 출력 보는 법

🚀 들어가며

아두이노, 라즈베리파이, 비글본블랙 등 소형 보드로 임베디드에 입문하면 가장 먼저 여러 센서를 달아 아날로그와 디지털 입출력을 살펴보게 된다. 이때 사용하는 것이 각종 핀들인데, 각 핀이 어떤 기능을 하는지 알아야 올바른 방법으로 연결할 수 있다.

🦴 BeagleBone Black 전체 핀아웃 다이어그램

BeagleBone Black에는 두 개의 핀 헤더가 있으며, 각 46개씩 총 92개이다.

사진과 같이 5V 플러그가 위쪽을 향하도록 보드를 놓았을 때 왼쪽 헤더가 P9, 오른쪽 헤더가 P8이다.

🔴 Power, Ground, Reset

전원 공급 및 접지에 사용되는 핀들이다.

번호	핀 이름	설명
`P8` 1-2, `P9` 1-2, 43-46	`DGND`	디지털 접지 (0V 기준선)
`P9` 3-4	`VDD 3.3V`	3.3V 전원 공급
`P9` 5-6	`VDD 5V`	5V 전원 공급
`P9` 7-8	`SYS 5V`	시스템 5V (USB 경유 공급)
`P9` 9	`PWR_BUT`	전원 버튼
`P9` 10	`SYS_RESET`	시스템 리셋 핀
`P9` 32	`VDD_ADC`	1.8V 아날로그 기준 전압 (ADC용)
`P9` 34	`GND_ADC`	ADC 전용 접지

전원 핀

DGND (Digital Ground)

모든 전압은 '기준점 대비 얼마나 높은가'로 측정된다. 센서나 모듈을 연결할 때 반드시 이 핀과 센서의 GND를 서로 묶어주어야 보드와 외부 장치가 같은 0V 기준을 공유하게 되어 신호가 제대로 해석된다.

VDD_3V3 (3.3V 전원 출력)

외부 센서나 모듈에 3.3V 전원을 공급할 때 사용한다. 핀당 최대 250mA까지 출력이 가능하고, 그 이상 전류가 필요한 장치는 별도 전원을 써야 한다.

VDD_5V

5V 양방향 라인으로, 평소엔 보드가 5V를 출력하지만, 반대로 외부에서 안정된 5V를 넣어주면 별도의 전원 잭 없이 이 핀을 통해 보드 전체에 전원을 공급할 수 있다.

SYS_5V

5V의 전압을 출력하지만 VDD_5V보다 전류 용량이 더 작아 핀당 최대 250mA를 출력한다. 소용량 주변장치 전원용으로 사용할 수 있다.

제어/신호 핀

PWR_BUT (Power Button)

평소엔 5V로 풀업되어 있고, 이 핀을 GND로 끌어내리면(pull down) 전원 장치가 이를 감지해서 정상적인 종료 절차를 밟는다. 물리적인 전원 버튼과 동일하게 동작하므로 외부 버튼이나 스위치를 달아서 전원 버튼처럼 사용할 수 있다.

SYS_RESET

이 핀이 0V로 떨어질 때 보드 전체, 즉 프로세서뿐 아니라 이더넷 PHY 같은 다른 칩들도 함께 리셋된다. 외부에서 리셋 버튼을 달거나, 반대로 보드가 지금 리셋 상태인지 감지하는 용도로도 쓸 수 있다.

ADC(아날로그 입력) 관련 핀

VDD_ADC

1.8V 전압이 지속적으로 출력된다. 아날로그 센서 및 회로를 구동할 때 VDD_ADC를 전원으로 사용하면 센서 출력이 1.8V를 넘지 않아 AIN이 안전하다.

GND_ADC

ADC 전용 Ground 핀이다. 디지털 신호(DGND)와 아날로그 신호(GND_ADC)의 접지를 분리해둔 이유는, 디지털 신호가 스위칭될 때 생기는 노이즈가 민감한 아날로그 측정값에 섞여 들어가는 것을 막기 위해서이다. 아날로그 전압을 측정할 땐 항상 DGND가 아니라 GND_ADC를 기준으로 잡아야 한다.

🟢 Digital GPIO (디지털 범용 입출력)

GPIO_XX 핀들은 General Purpose Input/Output으로, 범용 디지털 입출력 핀이라는 의미를 가진다. HIGH(3.3V) / LOW(0V) 신호를 읽거나(Input) 출력(Output)할 수 있어 각종 디지털 센서를 연결해 활용한다.

주의할 점은, GPIO_XX의 숫자가 물리적 핀 번호가 아닌 Linux GPIO 번호라는 것이다. AM335x는 GPIO를 32개씩 4개 뱅크(GPIO0~GPIO3)로 나누는데, 다음과 같이 계산된다.

GPIO 번호 = 뱅크 번호 × 32 + 뱅크 내 오프셋

예시로 GPIO_48은 GPIO1 뱅크의 16번째 핀(GPIO1_16)이 된다.

또한 UART_XX 핀들은 UART 시리얼 통신 기능을 담당한다. 보통 BBB의 시리얼 디버그 포트 J1을 사용해 콘솔 출력을 확인하는데, 그 대신 여기에 연결해서 입출력을 받을 수도 있다.

번호	버스	핀 이름	설명
`P9` 11	UART4	`UART4_RXD`	수신
`P9` 13	UART4	`UART4_TXD`	송신
`P9` 24	UART1	`UART1_TXD`	송신
`P9` 26	UART1	`UART1_RXD`	수신

🟣 PWM Output (아날로그 유사 출력)

PWM은 Pulse Width Modulation을 뜻하며, 0 ~ 3.3V 범위의 아날로그 출력을 시뮬레이션한다. LED 밝기 조절, 모터 속도 제어 등 미세한 조절이 필요한 곳에 사용할 수 있다.

EHRPWM은 하나의 카운터를 A/B 두 채널이 공유하는 구조로, 모터 드라이버의 상보 신호 생성 등에 활용된다. ECAPWM0는 eCAP 모듈을 PWM 출력 용도로 전환한 것이라 채널이 하나뿐이다.

번호	버스	핀 이름	설명
`P9` 14	EHRPWM1	`EHRPWM1A`	출력 채널 A
`P9` 16	EHRPWM1	`EHRPWM1B`	출력 채널 B
`P8` 19	EHRPWM2	`EHRPWM2A`	출력 채널 A
`P8` 13	EHRPWM2	`EHRPWM2B`	출력 채널 B
`P9` 42	ECAP0	`ECAPWM0`	단일 채널 (A/B 구분 없음)

🔵 1.8V Analog Inputs (아날로그 입력)

ADC(아날로그-디지털 변환) 핀으로, 아날로그 전압을 가하면 디지털 값으로 읽는다. 이때 핀이 손상될 수 있으므로 절대 아날로그 전압 1.8V를 초과하여 인가하면 안 된다.

앞서 설명한 VDD_ADC를 기준 전압으로, GND_ADC를 접지로 사용하는 것이 올바른 방법이다.

번호	핀 이름	설명
`P9` 33	`AIN4`	아날로그 입력 4
`P9` 35	`AIN6`	아날로그 입력 6
`P9` 36	`AIN5`	아날로그 입력 5
`P9` 37	`AIN2`	아날로그 입력 2
`P9` 38	`AIN3`	아날로그 입력 3
`P9` 39	`AIN0`	아날로그 입력 0
`P9` 40	`AIN1`	아날로그 입력 1

🟡 Shared I2C Bus 및 SPI 통신

연한 주황색으로 표시된 두 개의 핀은 I2C 프로토콜 통신에 사용되는 핀들이다. 센서, OLED 디스플레이, EEPROM 등 I2C 디바이스 연결에 사용할 수 있다.

번호	핀 이름	설명
`P9` 19	`I2C2_SCL`	클럭 신호
`P9` 20	`I2C2_SDA`	데이터 신호

SPI 통신에 사용되는 핀들은 따로 색상 분류가 안 되어 있고, 각 다른 디지털/아날로그 핀 그룹에 포함되어 있다. 모아서 정리하면 다음과 같다.

SPI 통신은 플래시 메모리, ADC/DAC 모듈 등 고속 통신이 필요한 장치 연결에 사용한다.

번호	버스	핀 이름	설명
`P9` 17	SPI0	`SPI0_CS0`	Chip Select
`P9` 18	SPI0	`SPI0_D1`	데이터 (MOSI)
`P9` 21	SPI0	`SPI0_D0`	데이터 (MISO)
`P9` 22	SPI0	`SPI0_SCLK`	클럭
`P9` 28	SPI1	`SPI1_CS0`	Chip Select
`P9` 29	SPI1	`SPI1_D0`	데이터 (MISO)
`P9` 30	SPI1	`SPI1_D1`*	데이터 (MOSI), 다이어그램에서 `GPIO_112`로 표기됨
`P9` 31	SPI1	`SPI1_SCLK`	클럭

🟠 Reconfigurable Digital / LCD (LCD 및 재설정 가능 핀)

주로 LCD 스크린 연결에 사용되는 핀들인데, LCD를 사용하지 않는 경우 HDMI 출력을 비활성화하면 이 핀들을 일반 GPIO로 재설정하여 활용할 수 있다.

번호	핀 이름	설명
`P8` 27	`LCD_VSYNC`	수직 동기 신호
`P8` 28	`LCD_PCLK`	픽셀 클럭
`P8` 29	`LCD_HSYNC`	수평 동기 신호
`P8` 30	`LCD_AC_BIAS`	AC 바이어스
`P8` 31-46	`LCD_DATA0`-`LCD_DATA15`	데이터

📟 UART 시리얼 출력 확인하기

비글본블랙은 SoC 기반의 싱글보드 컴퓨터로, 운영체제를 탑재하여 구동할 수 있다. 보통 eMMC 메모리에 기본적으로 리눅스 이미지가 설치되어 있고, 부팅 시 여기서 이미지를 가져와 리눅스를 실행한다.

리눅스가 실행된다면 터미널을 통해 셸과 상호작용할 수 있어야 한다. 보드와 PC를 UART로 연결하고 PuTTY, Tera Term 등의 터미널 프로그램을 통해 포트를 열면 되는데, 이를 가능하게 하는 핀이 아래 사진 10시 방향의 Debug Serial Header이다.