5. CAN 통신 물리 계층
1. CAN 통신 물리 계층 구조
1) 통신 물리 계층 : 통신이 어떤 신호를 통해 전달되는지에 관한 물리 계층의 spec : 네트워크의 구성, 통신선의 길이, 메인 선에서 제어기까지의 거리 등을 고려
2) 통신 물리 계층은 신호를 전달하는 매체의 구성을 포함하여 비트 전송을 위한 전기적, 기계적, 기능적인 수단에 대한 내용을 담고 있는 계층 사양을 말함
3) CAN 통신은 Twisted wire를 이용하여 통신선을 공유하는 bus 형태로 네트워크를 구성함
4) 통신 속도를 설정을 통해 조절할 수 있으며(10kbit~1000kbit/s까지) -> 통신 속도를 선택하면 bus의 길이가 제한됨, 차량 내에서는 일반적으로 500Kbps를 사용, 130m 통신선을 사용
5) CAN 통신 선로를 배치할 때, 통신 선로 상의 반사파 현상(신호가 목표 제어기로만 가면 좋은데 통신 선로의 끝단으로 전달된 다음에 끝단에서는 전달할 수 있는 매체가 없기 때문에 다시 되돌아오는 현상) 제거를 위해 bus의 양 끝단에 120옴에 해당하는 종단 저항을 배치
6) Star, Ring, Bus 토폴로지를 구성할 수 있는데 주로 Bus 토폴로지를 사용해 Powertrain, Chassis, Body, Infortainment 등 여러 개의 네트워크를 gateway가 이어줌
2. CAN 통신 물리 계층 동작 원리
1) CAN 통신에서는 Differential signal을 사용, 차동 신호는 두 개의 전송선 위에 위상이 서로 반대로 흐르는 신호를 말한다.
2) 각각의 전송선은 서로 다른 전압을 가하게 되어 있음. 이 신호를 두 신호의 전압 차를 이용하여 비트 데이터를 전송함
3) 일반적으로 통신선에는 외부의 진동, 전자기파에 의한 신호의 왜곡이 발생함 -> 그러나 꼬임쌍선으로 구성하면 두 개의 선에 모두 왜곡이 발생하기 때문에 전압의 차이가 유지됨 -> 1이나 0의 판별에 문제가 없음 -> 노이즈에 강한 특성을 보임
4) 두 개의 통신선의 전압 차이를 이용해서 로직적으로 0,1을 판별하며 0일때를 dominant bit, 1일 때는 recessive bit라 명명, 0의 신호와 1의 신호가 충돌하는 일이 발생했을 때 0의 신호가 1의 신호를 이김
5) Transceiver(Transmitter + Receiver) IC 칩을 통해 구현, CAN의 High신호와 Low신호를 둘다 만들어냄. 전자 제어 장치의 로직적인 신호를 내보내면(TTL 레벨 신호) 트랜시버라는 장치가 알아서 신호를 만들어줌(CAN Differential 신호). -> 통신 물리 계층 구현
퀴즈)
1. 통신 물리 계층 사양에 포함되지 않는 항목은? 답 4(4번은 데이터링크 계층에서 그 사양을 정의한다.)
통신선의 길이 2. 통신선의 재질 3. 커넥터 모양 4. 메시지 프레임 구조
2. CAN 통신이 지원하는 최대 통신 가능 속도는? 답 1
1000Kbps 2. 500Kbps 3. 125Kbps 4. 96Kbps
6. CAN 통신 데이터링크 계층
1. CAN 통신 데이터링크 계층 구조
1) 데이터링크 계층은 데이터 프레임의 형태를 가지는 정보를 담는 그릇
2) 센서 정보는 data field에 담겨져 있음, 나머지 필드는 데이터를 보내기 위해서 부가적으로 필요한 정보들
3) 메시지의 시작을 알리는 SOF(start of frame), 메시지의 끝을 알리는 end of frame 등 프레임 포맷이 정의되어 있음
4) Arbitration Field는 메시지를 구분할 수 있는 인덱스 넘버가 지정되어 있다.
5) CRC 필드는 수신 확인으로 데이터 안정성 보장
6) ACK 는 정확한 데이터 수신 시 발신자에게 전달, 발신자와 수신자의 정보 공유
7) 데이터링크 계층은 데이터를 네트워크 전송 방식에 맞게 프레임화해서 각 프레임의 형태 구성과 데이터 전달 과정의 오류 검출 등의 사양이 명시되어 있는 영역, 부가 정보를 이용해서 안정적인 데이터 전달 가능
8) CAN 통신 프레임은 디지털 데이터 전송 단위이며 일반적으로 전송하는 데이터를 담을 수 있는 틀의 형태로 규정
2. CAN 통신 데이터링크 계층 동작 원리
1) CAN 메시지 프레임 내의 Arbitration 필드에는 CAN Message ID 정보를 담을 수 있는 자리가 정해져 있음
2) CAN Message ID는 메시지를 구분하는 용도로 사용됨
3) CAN Message ID는 메시지 간 우선 순위를 정하는 용도로도 사용됨
4) 여러 개의 메시지 프레임을 네트워크에 전송하고자 할 때 우선 순위에 따라 중재(Arbitration)라는 과정을 거친 후에 순차적으로 네트워크로 전송됨
5) 메시지의 번호가 낮을수록 우선 순위가 높음
6) 두 개를 비교해서 엔진이 먼저 통신이 이루어지고 엔진이 전송완료되면 브레이크가 전송됨
7) 안전에 민감한 경우 낮은 번호대 사용하고 안전에 민감하지 않은 경우 높은 번호대 사용 -> 메시지의 우선 순위 결정
퀴즈)
OSI 7계층에서 데이터 네트워크 전송 방식, 메시지 프레임 구조, 데이터 전달 과정 오류 검출 등의 사양이 명시되어 있는 계층은? 답 2(데이터링크 계층은 네트워크 전송 방식에 맞는 데이터 프레임화, 각 프레임의 구성 형태, 데이터 전달 과정 오류 검출 등의 사양이 명시되어 있다.)
물리 계층 2. 데이터링크 계층 3. 프레젠테이션 계층 4. 애플리케이션 계층
2. CAN 통신의 메시지 구조에서 메시지의 Index 번호인 ID 정보를 담고 있는 부분은? 답 1(1번은 메시지 ID, 데이터의 길이에 대한 정보 등을 담고 있다.)
Arbitration Field 2. Data Field 3. CRC Field 4. ACK Field
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