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FieldBus

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CAN
By : 관리자
Date : 2008-11-13
Views : 928

무제 문서
개요


차량 전체의 최적화를 목표로 두고 앞으로의 개발을 염두에 둔다면, 관례적인 제어 기구들의 연결의 한계를 극복해야하는데, 이것은 직렬 데이터 버스 시스템을 사용한 시스템 구성요소의 네 트워킹을 통해서만 가능할 수 있다. 이러한 이유로 하여 Bosch가 CAN(Controller Area Network)을 개발하였고, 그후 국제적으로 표준화가 되었으며(ISO 11898), 여러 반도체 제조업자 에 의해 집적회로로 만들어지게 되었다.


CAN에서 스테이션(콘트롤러, 센서, 엑츄에이터)들은 직렬버스를 통해 연결되어지는데, 버스자 체는 대칭적 혹은 비대칭적인 두개의 전선으로 이루어진다. 물리적 전송에 관한 전기적 파라미터 는 ISO 11898에 정해져 있으며, 적절한 버스 드라이브 칩은 많은 제조업체로부터 구할 수 있다.


ISO/OSI 계층 모델의 데이터 링크 계층에 해당하는 CAN 프로토콜은 차량에서의 실시간 요구 를 만족시키며, 케이블 트리와는 다르게 전자기적 간섭에 의해 일어나는 전송에러를 발견하고 수 정 할 수 있고 또한 전체 시스템 구성의 용이성과 중앙 진단(central diagnosis)의 가능성이 CAN 의 또다른 장점으로 들 수 있다. 차량에서 CAN을 이용하는 목적은 어느 스테이션이나 콘트롤러 컴퓨터에 큰 부하를 주지않고 다른 스테이션과 통신할 수 있다는 것이다.


응용분야

차량에서 직렬 통신을 하는 4가지의 주요 응용분야가 있는데, 각각 서로 다른 요구사항과 목 적을 가지고 있다.


- 엔진타이밍, 전송, 샷시, 브레이크에 대한 콘트롤러 네트워킹

데이터 전송율은 200kBit/s에서 1MBit/s까지의 범위이다.


- 샷시 전자장치와 차량을 좀더 안락하게 해주는 전자장치의 구성요소 네트워킹

이러한 것의 예로서는 전등 콘트롤, 에어콘, 중앙 잠금장치, 좌석과 거울조정등이 있고 전형적 인 데이터 전송율은 50kBit/s 정도 이다.


- 가까운 미래에 직렬 통신은 car radios, car telephone, navigation등과 같은 요소를 연결하기 위 하여 무선 통신의 영역에서도 사용될 것이며 Prometheus 프로젝트에서 정해진 차량 대 차량, 차량 대 기간 통신망에서의 기능들은 많은 부분 직렬 통신에 의존하게 될 것이다.


- On-board diagnosis


미국에서는 많은 기업들이 생산 라인이나 기계 내부의 센서와 엑츄에이터의 네트워킹을 위한 버스시스템으로 CAN을 사용하고 있는데, 이러한 조직으로는 Honeywell, Allen Bradley, Coca Cola그리고 United Parcel Services등이 있다. 그리고 의공학 분야의 경우 몇몇의 업체가 엄격한 안전 요구사항 때문에 CAN에 대해 우호적인 결정을 내렸으며, 안전에 관해 특별한 요구가 있는 (예를 들어 로보트나 운송 시스템) 기계류의 제조업체에서도 비슷한 일이 벌어지고 있다.


신뢰성이 높은 전송 임에도 불구하고 스테이션당 낮은 접속 가격은 CAN에 대한 호감을 높여 주고 있으며, 가격이 중요한 많은 제조 분야에서 CAN 칩은 아주 중요한 역할을 할 수 있을 것으 로 기대된다.



데이터 교환의 원칙

CAN에 의해 데이터가 교환될 때 어떠한 스테이션도 주소화되지 않고 메시지의 내용(ex, rpm 혹은 엔진 온도등)은 통신망에서 유일하게 존재하는 메시지 ID(identifier)에 의해서 정해진다. ID 는 메시지의 내용 뿐아니라 우선순위도 결정하는데 이것은 여러개의 스테이션이 동시에 버스를 엑세스할려고 할 때 버스 할당을 위하여 중요하다.


CAN에서는 내용지향(content-oriented) 어드레싱 구조에 의해 구성의 융통성을 꾀할 수 있으 며, 새로운 스테이션이 순수한 수신기라면 어떠한 하드웨어나 소프트웨어의 변경없이 현존하는 CAN 통신망에 붙일 수 있다. 또한 데이터 전송 프로토콜이 물리적인 도착지의 주소를 필요로하 지 않기 때문에 modular electronics의 개념을 지원하고, 또한 broadcast나 multicast와 같은 다중 수신과 분산처리의 동기화를 허용하여 여러개의 콘트롤러에서 정보로 필요로하는 측정값들이 통 신망을 통해 전송될 수 있으므로 각각의 콘트롤러가 자신만의 센서를 가지고 있을 필요가 없다.


실시간 처리에 있어서 통신망에서 교환되는 메시지의 긴급성은 메시지의 내용에 따라 매우 다 를 수 있다. 예를 들어 엔진 부하와 같이 빠르게 변하는 것은 엔진 온도와 같이 상대적으로 느리 게 변화하는 것보다 좀더 자주 그리고 좀더 작게 지연이 일어나도록 전송되어져야 한다.


전송되는 메시지의 우선순위는 해당 메시지의 ID에 의해 결정되어지는데, 시스템을 디자인하 는 동안 결정되며 이진법에 의해 표현되고 동적으로 변할 수 없으며 가장 낮은 이진수를 갖는 ID 가 가장 높은 우선순위를 갖는다.


버스 엑세스 충돌은 버스 레벨의 비트를 관찰하고 있는 각각의 스테이션에 의해 메시지 ID에 서 bitwise arbitration를 통해 해결되는데 Dominant상태(0)가 recessive상태(1)를 덮어쓰는 "Wired and" 매카니즘과 동일한 매카니즘에 의해 버스 할당의 경쟁은 해결된다. 경쟁에서 패배한 모든 스테이션들은 가장 높은 우선순위를 갖는 메시지의 수신기가 되고 버스가 다시 사용가능할 때가지 전송을 재시도 하지 않는다.


CAN은 분산 버스 엑세스 콘트롤을 갖는 non-destructive 버스 엑세스에 의해 높은 데이터 전 송을 가능하게 하는 traffic-dependent 버스 할당 시스템으로 구현되고, 전송 요구가 있는 스테이 션들에게만 버스가 이용되기 때문에 버스 arbitration 절차의 효율성이 향상된다. 또한 메시지 전 송 요구는 시스템 전체에 대한 메시지의 중요한 순서에 따라 처리되는데, 이것은 특히 과부하 상 태에서 장점을 갖는다. 그리고 버스 엑세스는 메시지에 기반을 두고 우선순위가 정해지기 때문에 실시간 시스템에서 낮은 잠복시간(latency time)의 보장을 가능하게 해준다.

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