CAN 버스

CAN 버스

• CAN BUS (Controller Area Network)는 차량 내부의 전자제어장치(ECU) 들 간에 데이터를 빠르고 안정적으로 교환하기 위해 설계된 통신 네트워크 프로토콜입니다.
• 1980년대 초반 독일의 보쉬(Bosch)에서 개발하였으며, 차량뿐만 아니라 산업 자동화 및 의료 장비 등에서도 사용됩니다. 현재는 대부분의 자동차 제조사에서 표준으로 채택하고 있습니다.

---

CAN 버스의 주요 특징

1. 효율적 데이터 통신:

   • 단일 케이블로 여러 장치 간의 데이터 교환을 가능하게 하여 배선 복잡성을 줄임.

2. 실시간 데이터 전송:

   • 데이터 전송 속도가 빠르고, 우선순위 기반 데이터 처리로 중요한 메시지를 실시간으로 전달.

3. 신뢰성:

   • 오류 감지 메커니즘이 내장되어 있어 데이터 전송 중 발생할 수 있는 오류를 자동으로 검출 및 복구.

4. 낮은 전력 소모:

   • 전력 소모가 적어 차량과 같이 제한적인 전력 환경에서 적합.

---

CAN 버스의 구조

CAN 버스는 다음과 같은 주요 요소로 구성됩니다:

1. 노드(ECU):

   • 차량 내의 각 전자 장치(예: 엔진 제어, ABS, 에어백 시스템, 창문 제어 등)가 노드로 작동.
   • 각 노드는 CAN 컨트롤러와 트랜시버를 통해 네트워크에 연결.

2. 버스(bus):

   • 각 노드가 연결되는 물리적 통신선.
   • 트위스티드 페어 케이블(twisted pair)을 사용하여 노이즈를 최소화.

3. 메시지 프레임:

   • CAN 버스는 데이터 전송 시 메시지를 프레임으로 전송.
   • 각 메시지에는 식별자(ID) 가 포함되어 우선순위를 정합니다.

---

CAN 버스의 작동 방식

1. 브로드캐스트 방식:

   • 모든 노드가 동일한 데이터를 수신하지만, ID에 따라 필요한 데이터만 처리.

2. 우선순위 기반:

   • 메시지의 ID를 통해 전송 우선순위를 결정.
   • 낮은 ID 값을 가진 메시지가 더 높은 우선순위를 가짐.

3. 오류 감지:

   • CRC(Cyclic Redundancy Check) 같은 오류 검출 메커니즘으로 데이터의 무결성을 확인.

---

CAN 버스의 응용 사례

1. 자동차:

   • 엔진 제어 장치(ECU), ABS, 에어백 시스템, 차량 정보 시스템, 센서 데이터 통합 등.

2. 산업 자동화:

   • 로봇 간의 통신, 제조 공정의 제어 및 모니터링.

3. 의료 장비:

   • 환자 모니터링 시스템, 의료용 로봇.

4. 철도 시스템:

   • 열차 내부의 신호 처리 및 장치 간 데이터 교환.

---

CAN 버스의 데이터 프레임 구조

CAN 데이터 프레임은 일반적으로 다음과 같은 구조를 가집니다:

필드	설명
Start of Frame	프레임의 시작 표시
Identifier	메시지의 고유 식별자 (우선순위 결정)
Control Field	데이터 길이 정보
Data Field	실제 데이터 (최대 8바이트)
CRC	오류 검출 코드
Acknowledge	수신 확인 신호
End of Frame	프레임 종료 표시

---

파이썬을 이용한 CAN 버스 통신 예제

파이썬에서는 python-can 라이브러리를 이용하여 CAN 버스와 통신할 수 있습니다.

예제 코드: CAN 메시지 송수신

python

import can

# CAN 버스 인터페이스 생성
bus = can.interface.Bus(bustype='socketcan', channel='can0', bitrate=500000)

# CAN 메시지 송신
message = can.Message(arbitration_id=0x123, data=[0x01, 0x02, 0x03, 0x04], is_extended_id=False)
bus.send(message)
print("Message sent on CAN bus")

# CAN 메시지 수신
received_message = bus.recv(timeout=10)
if received_message:
    print(f"Received message: {received_message}")
else:
    print("No message received")

---

CAN 버스의 한계

1. 데이터 속도 제한:

   • 일반적으로 1Mbps의 속도를 제공하므로 대규모 데이터 전송에는 적합하지 않음.

2. 확장성 제한:

   • 노드 수가 많아지면 충돌 가능성이 증가.

3. 보안 취약성:

   • 초기 설계에는 보안 기능이 없으므로, 외부 공격에 취약.

---

CAN 버스의 발전: CAN-FD

기존 CAN 버스의 한계를 개선한 **CAN-FD(Flexible Data-Rate)**는 데이터 전송 속도와 용량을 증가시킨 새로운 표준으로, 최신 차량에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다.

• 데이터 길이: 최대 64바이트로 확장.
• 전송 속도: 기존 CAN보다 빠름.

---

결론

• CAN 버스는 신뢰성 있고 효율적인 통신 프로토콜로, 차량을 포함한 다양한 산업 분야에서 널리 사용됩니다.
• 특히 파이썬과 같은 고급 언어를 통해 CAN 버스를 손쉽게 테스트하고 시뮬레이션할 수 있습니다.

view raw CAN.BUS.ko.md hosted with ❤ by GitHub