글쓰는 엔지니어

Silent 모드는 CAN Network에 연결된 하나의 CAN controller 오동작이 CAN Network의 통신을 방해하는 것을 막는 역할을 합니다. 즉, CAN Network에 여려 개의 CAN Controller가 있다고 할 때 1개의 CAN Controller만 문제가 되는 상황에 대한 방지책입니다.

CAN Tranceiver의 S pin이 High가 되었을 때 Silent mode로 동작합니다. 이 모드에서는 데이터를 받기만 하는 역할처럼  사용을 할 수 있는데 이 기능으로 CAN Bus의 연결을 테스트하는 데에도 사용할 수 있습니다.

Silent mode에서는 CAN Bus에서 데이터를 받을 수 있지만 데이터를 보낼 수 없습니다. 이때 다른 CAN Tranceiver는 Normal mode에서 정상적으로 데이터를 주고받을 수 있습니다.

Silent mode를 지원하는 Device: ATA6562, ATA6564

http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/20005790B.pdf

http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/20005784B.pdf

MCU와 CAN Tranceiver사이의 통신 전압 레벨

 MCU와 CAN Tranceiver(예: ATA6562/63) 사이는 MCU의 디지털 동작 레벨과 동일합니다. 예를 들어 MCU가 3.3V를 사용한다면 MCU와 CAN Tranceiver 사이의 통신 전압 레벨은 3.3V이고 MCU가 5V를 사용한다면 MCU와 CAN Tranceiver 사이의 통신 전압 레벨은 5V가 됩니다. ATA6562와 ATA6563은 5V로 동작하지만 MCU와의 디지털 인터페이스는 3V에서 5V까지 모두 사용할 수 있습니다.

CAN Tranceiver에서 Network으로 출력하는 통신 전압 레벨은?

 CAN Tranceiver에서 네트워크 라인으로 출력되는 데이터는 Differential voltage 전압 레벨로 통신을 하게 되는데요. 두 라인의 전압이 같을 때는 '1', 두 라인의 전압이 다를 때는 '0'입니다. 그러면 두 라인의 전압이 다를 때의 전압 차이는 몇 볼트일까요?

정답은 2.0V입니다.

마지막 한 가지! '0'은 Dominant라고 하고 '1'은 Recessive라고 합니다. 사전적인 의미로는 Dominant('0')가 "우성"이라는 의미를 가지고 있고 Recessive('1')은 "열성"이라는 의미를 가지고 있다고 하니 참조하세요.

Classic CAN의 최대 데이터 전송 단위는?

8 bytes

CAN FD의 최대 데이터 전송 단위는?

64 bytes

Classic CAN과 CAN FD의 가장 큰 차이점 중 하나이니 꼭 기억하기 바랍니다.

최대 데이터 전송 단위와 최대 전송 속도가 다릅니다.

이번 시간은 CAN 통신의 비트스터핑(Bit Stuffing)에 대해서 알아보겠습니다.

비트스터핑(Bit Stuffing)은 왜 필요할까?

CAN 통신은 통신방식 자체가 비동기 통신과 같이 별도의 Clock이 존재하지 않습니다. 따라서 통신 데이터가 같은 값으로 여러 개 연속하여 전송될 경우 각 노드(Node) 사이에 Clock이 맞지 않아 통신 오류가 발생할 수 있습니다. 만약에 8비트가 '0'값일 경우 아래와 같이 8비트가 '0'으로 전송되는 것이 올바른 파형입니다. 

Bit Stuff 없이 '0'을 8비트 보냈을 때의 파형

그런데 실제 CAN 통신 파형을 오실로스코프로 찍어보면 다른 파형이 보입니다.

연속 '0'인 데이터가 5개 생겼을 때의 Bit Stuff - (S로 표시된 비트)

바로 위와 같은 파형이 보이게 되는데요. 이 파형은 정상인 파형입니다. 그 이유는 비트 스터프(Bit Stuff) 때문입니다. 

비트 스터프란 같은 데이터가 연속하여 5개가 발생하면

만들어지는 여분의 비트이다.

비트 스터프는 데이터통신의 동기화를 목적으로 만들어집니다. 따라서 위의 파형처럼 연속하여 '0'이 발생하는 경우에는 Bit Stuff가 발생하며 만약 '1'이 연속하여 데이터가 5개 발생하면 이때에도 Bit Stuff가 발생합니다. 아래 파형처럼요.

연속 '1'인 데이터가 5개 생겼을 때의 Bit Stuff - (S로 표시된 비트)

이제 CAN 통신 데이터를 오실로스코프 등으로 측정하다가 이런 파형을 봐도 당황하지 않겠죠?

비트 스터프는 데이터통신의 오류를 줄이기 위한 동기신호입니다.

잊지 마세요!

CAN 통신의 메시지는 Transmit Message ID 와 Receive Message ID 두 가지로 구분할 수 있습니다.

Transmit Message ID란?

CAN 메시지 ID는 메시지를 보내거나 받는 것을 구분하기 위해서 사용할 뿐만 아니라 메시지의 우선순위를 나타내기도 합니다.. 여러 개의 노드에서 동시에 메시지를 전송할 경우 메시지가 깨지지 않고 ID가 높은 것이 전송될 수 있도록 합니다. 예를 들어 ID가 15인 메시지보다 ID가 10인 메시지가 더 높은 우선순위를 가집니다. 따라서 다른 메시지보다 더 높은 우선순위로 메시지를 보내기 위해서는 낮은 ID로 메시지를 구성해야만 합니다. 또한 메시지 ID는 하나의 CAN 버스에서 단 하나만 존재합니다. 다시 말하면 하나의 CAN 버스에 연결된 노드는 다른 노드와 같은 ID를 가지고 메시지를 전송할 수 없습니다. Transmit Message는 데이터의 종류와 그 데이터의 우선순위에 따라 구성됩니다.

Receive Message ID란?

CAN Message를 수신하는데 사용합니다. CAN 버스에 수 메시지를 모두 MCU에서 소프트웨어적으로 확인할 수 없기 때문에 CAN을 담당하는 Peripheral에 특정 ID만 메시지를 수신할 수 있도록 구성할 수 있습니다. ID는 총 두 가지로 구성할 수 있습니다. 첫 번째는 Standard Identifier이고 두 번째는 Extended identifier입니다. Standard  Identifier(는 11비트로 ID가 구성되며, Extended Identifier는 29비트로 ID가 구성됩니다. Standard Identifier는 CAN 2.0A(최대 통신 속도 256kbit/sec), Extended Identifier(1Mbit/sec)는 CAN 2.0B에서 규정하고 있습니다. 

메시지를 받기 위한 필터를 구성하는 방법으로 아래와 같은 방법으로 나누어 집니다.

- ID의 범위를 지정하는 방법(예: 200부터 210번까지의 메시지 ID를 받음)

- 한 개 또는 두 개 ID만 받는 방법(특정 ID만 받는 방법)

- 기존의 Classic bit mask filter를 사용하는 방법

CAN 통신은 메시지(Message) 기반의 프로토콜로 디자인되었습니다. 오토모티브(자동차) 애플리케이션에서 주로 사용되며, 우주 항공분야, 선박, 열차, 산업 자동화, 그리고 의료 장비까지 널리 사용됩니다.

CAN 2.0은 최종 버전은 CAN 2.0A와 CAN 2.0B 두 가지로 나타낼 수 있습니다.

CAN 2.0A

- Standard format with an 11-bit identifier

- 최대 통신속도: 256kbit/sec

CAN 2.0B

- Extended format with a 29-bit identifier

- 최대 통신속도: 1Mbit/sec

CAN은 멀티 마스터(multi-master) 직렬 버스 구조로 ECUs(Electronic Control Units)라고 부르는 노드에 연결을 할 때 사용합니다. 이러한 ECU들을 노드라고 부릅니다. 모든 노드는 CAN에서 사용하는 두 개의 선으로 구성된 버스에 서로 연결됩니다. 이때 주로 MCU가 CAN 노드가 되며, 외부에 CAN Tranceiver가 반드시 필요합니다. 버스의 양 끝에는 반드시 120ohm 종단 저항이 연결되어 있어야 합니다.

사진출처: http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/Atmel-42464-SAMC21-CAN-BUS-Firmware_ApplicationNote_AT6493.pdf

CAN 통신에 사용되는 여러 반도체 제조사에서 공급되고 있으며 Atmel(현재의 Microchip)의 ATA6560이나 ATA6561과 같은 CAN 트렌시버를 사용할 수 있습니다.

자동차 OEM에서 CAN 2.0에서 CAN FD를 점차적으로 적용해 나아가고 있는데요. 왜 그런지에 대해 알아 보기 위해 기존 Classic CAN의 단점들에 대해 알아보고 최근 관심이 많아지고 있는 CAN FD 가 기존 Classic CAN의 어떠한 문제점을 해결할 수 있는지 보도록 하겠습니다.

Classic CAN 을 사용하는 컨트롤러(Microcontroller 등) 위한 Device 들의 Flash 크기가 수많은 요구기능의 증가에 따라 커지면서 Classic CAN으로는 모든 메시지를 처리하고 펌웨어를 업데이트하는데 한계에 도달하고 있는 실정입니다. 그 이유는 Classic CAN은 한 메시지당 최대 8 바이트만 전송 가능하고 또 전송속도도 낮습니다. 또한 CAN FD에 비하여 낮은 수준의 Error detection 기능을 제공하고 있습니다.

CAN FD (CAN with Flexible Data-Rate)는 이러한 Classic CAN의 단점을 보완하여 500kb/s에서 최대 2Mb/s에 이르는 데이터 통신 속도를 제공하며, 특히 진단 모드나 프로그래밍 모드에서는 5Mb/s까지 사용할 수 있습니다. 또한 기존 8 바이트의 메시지만 전달 가능했던 Classic CAN에 비하여 CAN FD는 최대 64 바이트까지 사용할 수 있다는 장점을 가지고 있습니다. 이러한 장점들은 CAN 노드 간 메시지 전송을 더욱 효율적으로 할 수 있게 하고 펌웨어 업데이트시에도 기존의 Classic CAN에 비하여 기다리는 시간을 줄여줍니다.