Picoruby를 ESP32로 포팅하는 과정은 크게 네 가지 단계로 진행됩니다. 첫째, Picoruby 소스 코드를 빌드하여 libmrb.a 라이브러리를 생성하는 단계입니다. 이 과정에서는 C 언어의 컴파일, 링크, 아카이브 개념 및 크로스 컴파일의 중요성이 설명됩니다. ESP-IDF 개발 환경을 사용하여 ESP32 전용 크로스 컴파일러를 활용하며, build_config 파일을 Ruby로 작성하여 컴파일러 및 링커 설정을 정의합니다. 둘째, 생성된 libmrb.a를 ESP32 프로젝트에 링크하여 전체 빌드를 완료하는 단계입니다. ESP-IDF 기반의 프로젝트를 생성하고, main.c 파일에서 Picoruby 초기화 및 VM 실행 로직을 구현합니다. 특히 Ruby 프로그램을 Picoruby VM이 해석할 수 있는 중간 언어(C 파일 형태)로 변환하고 이를 main.c에 포함하는 방식이 설명됩니다. CMakeLists.txt 파일을 통해 libmrb.a의 경로를 지정하고 링크 설정을 완료하여 최종 바이너리 파일을 생성합니다. 셋째, 표준 입출력 기능을 구현하는 단계입니다. Ruby의 puts 메서드 호출 경로를 추적하여 picoruby-machine 젬 내의 hal_write 함수가 호출됨을 확인합니다. build_config에 picoruby-machine 젬을 추가하고, ESP32 환경에 맞는 hal_write 함수를 ports/ESP32 디렉토리에 새로 구현합니다. 초기 printf만을 사용한 구현의 문제점(n 바이트 무시, 버퍼링)을 파악하고, putchar와 fflush를 활용하여 올바른 시리얼 출력을 구현하는 과정이 중요하게 다루어집니다. 넷째, 다른 MRB 젬들을 ESP32 환경에 맞게 포팅하는 단계입니다. 목표는 ESP32에서 셸을 구동하고 echo 명령어를 실행하는 것으로 설정되었습니다. 이를 위해 필요한 젬들을 분석하고, picoruby-io, picoruby-console, picoruby-filesystem-fat 등 핵심 젬들의 포팅 필요성을 식별합니다. 특히 picoruby-filesystem-fat와 같이 복잡한 젬의 경우, 초기에는 포팅을 생략하고 빈 함수로 링크 오류를 회피하는 전략을 사용했으나, 최종적으로는 모든 필요한 젬이 포팅되어 완전한 기능을 제공하게 됩니다.
이러한 포팅 과정에서 다양한 기술적 난관이 발생했습니다. 주요 문제점으로는 첫째, 워치독 타이머 오류입니다. ESP32의 RTOS(FreeRTOS)는 특정 태스크가 일정 시간 이상 CPU를 점유하면 워치독 타이머 오류를 발생시키는데, Picoruby VM의 독자적인 태스크 전환(TCB) 메커니즘이 RTOS와 충돌하여 발생했습니다. 해결책은 워치독 타이머를 비활성화하고 Picoruby VM에 컨텍스트 전환을 전적으로 위임하는 것이었습니다. 둘째, require 명령어 동작 오류입니다. picoruby-shell 및 picoruby-require 젬이 빌드 시 동적으로 C 언어 소스 코드를 생성하는데, 이 생성된 함수를 main 함수에서 호출하지 않아 발생했습니다. 해결책은 생성된 함수를 main 함수에서 명시적으로 호출하는 것이었습니다. 셋째, 스택 오버플로우입니다. ESP32의 app_main 태스크에 할당된 기본 스택 크기(3584바이트)가 복잡한 Ruby 프로그램 실행에 부족하여 발생했습니다. 해결책은 sdkconfig.defaults 파일에서 스택 크기를 8KB로 늘리는 것이었습니다. 넷째, CSI 명령어 동작 오류입니다. 셸 시작 시 터미널 에뮬레이터 상태 확인을 위해 사용되는 CSI 명령어(CSI DSR)가 올바르게 처리되지 않아 로고가 표시되지 않는 문제였습니다. 이는 hal_write 함수의 초기 구현이 출력 바이트 수를 무시하고 버퍼링 문제를 야기했기 때문이며, putchar와 fflush를 활용한 정확한 구현으로 해결되었습니다.
이러한 모든 난관을 극복한 후, 발표자는 ESP32 DevKitC 보드에 자작 기판을 연결하여 성공적인 데모를 시연했습니다. 데모에서는 echo 명령어 실행, IRB(Interactive Ruby)를 통한 배열 및 문자열 조작, pwd, ls와 같은 파일 시스템 명령어 실행, 그리고 궁극적으로 Picoruby로 구현된 벽돌 깨기 게임이 매트릭스 LED, 조이스틱, 압전 부저와 연동되어 구동되는 모습을 보여주었습니다. 이는 picoruby-spi, picoruby-adc, picoruby-pwm 등 다양한 Picoruby 젬들이 ESP32 환경에 성공적으로 포팅되었음을 입증하는 결과였습니다.