1. CAN 프로토콜 개요
1.1 CAN 프로토콜의 기원과 개발
CAN 프로토콜은 1983년 독일 보쉬(Bosch)사가 자동차 전자 시스템의 통신 문제를 해결하기 위해 처음 제안했습니다. 기술이 발전함에 따라 CAN 프로토콜은 산업 제어, 의료 장비, 스마트 홈 및 기타 분야에서 점차 널리 사용되고 있습니다.
1.2 CAN 프로토콜의 특성
CAN 프로토콜에는 다음과 같은 특징이 있습니다.
- 다중-마스터 제어: CAN 프로토콜은 동시에 통신할 수 있는 여러 노드를 지원하므로 시스템의 실시간 및 안정성이 향상됩니다.-
- 브로드캐스트 통신: CAN 프로토콜은 통신을 위해 브로드캐스트 방식을 채택하며, 모든 노드는 전송된 데이터를 수신할 수 있습니다.
- 비-중재: 두 개 이상의 노드가 동시에 데이터를 전송할 때 CAN 프로토콜은 중재 메커니즘을 통해 데이터의 올바른 전송을 보장합니다.
- 오류 감지 및 처리: CAN 프로토콜에는 오류 감지 및 처리 기능이 있어 통신 프로세스의 오류를 적시에 감지하고 처리할 수 있습니다.
2. CAN 메시지 프레임의 구성요소
CAN 메시지 프레임은 CAN 프로토콜에서 가장 기본적인 데이터 전송 단위이며, 그 구성요소는 다음과 같습니다.
2.1 프레임 시작 비트
프레임 시작 비트는 메시지 프레임의 첫 번째 비트이며 메시지 프레임의 시작을 식별하는 데 사용됩니다.
2.2 중재 분야
중재 필드는 전송할 데이터의 우선순위를 지정하는 데 사용됩니다. CAN 프로토콜에서 중재 필드의 길이는 각각 표준 프레임과 확장 프레임에 해당하는 11비트 또는 29비트입니다. 중재 필드의 값이 작을수록 우선순위가 높아집니다.
2.3 제어 분야
제어 필드는 RTR(Remote Transmission Request) 비트와 IDE(Identifier Extension) 비트로 구성됩니다. RTR 비트는 데이터 프레임이 원격 프레임인지 데이터 프레임인지 식별하는 데 사용되고, IDE 비트는 해당 프레임이 표준 프레임인지 확장 프레임인지 식별하는 데 사용됩니다.
2.4 데이터 필드
데이터 필드는 전송된 실제 데이터를 저장하는 데 사용됩니다. 데이터 필드의 길이는 표준 프레임의 경우 0~8바이트이고 확장 프레임의 경우 0~64바이트입니다.
2.5 확인 필드
체크섬 필드는 CRC(Cyclic Redundancy Check)와 전송 중 데이터에 오류가 있는지 여부를 감지하는 데 사용되는 CRC 구분 기호, CRC 체크섬의 끝을 식별하는 CRC 구분 기호로 구성됩니다.
2.6 답변 필드
답변 필드는 답변 슬롯과 답변 정의자로 구성됩니다. 응답 슬롯은 노드로부터 응답을 수신하는 데 사용되며 응답 정의자는 응답 필드의 끝을 식별합니다.
2.7 끝-의-프레임 비트
프레임-의 끝 비트-는 메시지 프레임의 마지막 비트이며 메시지 프레임의 끝을 식별하는 데 사용됩니다.
3. 데이터링크계층의 기능
데이터 링크 계층은 OSI 참조 모델의 두 번째 계층으로, 주로 물리 계층 위에서 안정적인 데이터 전송을 담당합니다. 데이터링크 계층의 기능은 다음과 같습니다.
3.1 프레임 동기화
프레임 동기화는 데이터 링크 계층의 기본 기능 중 하나이며, 송신 및 수신 노드가 정보 프레임의 시작과 끝을 올바르게 식별할 수 있도록 보장하는 데 사용됩니다.
3.2 오류 제어
오류 제어는 오류 감지 및 오류 정정을 포함하여 데이터 링크 계층의 또 다른 중요한 기능입니다. CAN 프로토콜은 오류 감지를 위해 CRC(순환 중복 검사)를 사용하여 데이터 무결성을 보장합니다.
3.3 흐름 제어
흐름 제어는 전송 노드가 수신 노드가 처리하기에 너무 빨리 데이터를 전송하는 것을 방지하는 데 사용됩니다. 데이터 링크 계층은 데이터 전송 속도를 제어하여 안정적인 데이터 전송을 보장합니다.
3.4 접근 제어
액세스 제어는 여러 노드 간의 통신을 조정하는 데 사용되는 데이터 링크 계층의 또 다른 핵심 기능입니다. CAN 프로토콜에서는 데이터의 올바른 전송을 보장하기 위해 비파괴적 중재 메커니즘을 통해 액세스 제어가 실현됩니다.-
4. 데이터링크 계층에서의 CAN 메시지 프레임 적용
4.1 프레임 동기화
CAN 메시지 프레임에서 프레임 시작 비트와 프레임 끝 비트는 프레임 동기화를 달성하는 데 사용됩니다. 송신 노드는 프레임 시작 비트를 전송하여 메시지 프레임의 시작을 식별하고, 수신 노드는 프레임 시작 비트를 감지하여 프레임을 동기화합니다.
4.2 오류 제어
체크섬 필드의 CRC는 CAN 메시지 프레임의 오류 제어에 사용됩니다. 송신 노드는 데이터를 기반으로 CRC를 생성하고 데이터를 보내기 전에 데이터 필드에 추가합니다. 데이터를 수신한 후 수신 노드는 CRC 체크섬을 다시 계산하고 이를 수신된 CRC 체크섬과 비교하여 데이터의 오류를 감지합니다.
4.3 흐름 제어
CAN 프로토콜에서 흐름 제어는 주로 중재 메커니즘을 통해 실현됩니다. 두 개 이상의 노드가 동시에 데이터를 전송할 때 CAN 프로토콜은 중재 메커니즘을 통해 우선순위를 결정하여 안정적인 데이터 전송을 보장합니다.
4.4 접근 제어
CAN 프로토콜에서 액세스 제어는 주로 비파괴 중재 메커니즘을 통해 구현됩니다.- 두 개 이상의 노드가 동시에 데이터를 전송할 때 CAN 프로토콜은 중재 필드의 값을 비교하여 전송된 데이터의 우선순위를 결정합니다. 우선순위가 높은 노드는 계속해서 데이터를 보낼 수 있는 반면, 우선순위가 낮은 노드는 우선순위가 높은 노드가 데이터 전송을 마칠 때까지 기다려야 합니다.