정의
CAN 버스(Controller Area Network bus)는 자동차, 산업용 기계, 의료 장비 등 다양한 임베디드 시스템에서 마이크로컨트롤러와 장치들 간에 데이터를 실시간으로 전송하기 위해 설계된 다중 접속 통신 프로토콜이자 물리적 전송 매체이다. 1980년대 초반 독일의 자동차 제조업체 볼보(VOLVO)와 Bosch 사에 의해 공동 개발되었으며, 높은 오류 검출 능력과 낮은 전선 수 요구 사항을 특징으로 한다.
역사
- 1983년: 볼보와 Bosch가 차량 내부 네트워크 필요성을 인식하고 CAN 프로토콜 개발을 시작했다.
- 1986년: 첫 번째 상업용 차량에 CAN 버스가 적용되었다.
- 1993년: ISO 11898 표준이 제정되어 국제적으로 통일된 사양이 되었다.
구조 및 동작 원리
- 물리 계층: 두 개의 차동 신호선(LINE, GROUND)으로 구성된 트위스티드 페어를 사용한다. 차동 전송 방식은 전자기 간섭(EMI)에 대한 내성을 높인다.
- 데이터 링크 계층: 비트 스터핑(bit stuffing)과 CRC(주기적 순환 중복 검사)를 통해 오류 검출 및 정정을 수행한다.
- 프레임 형식: 표준 프레임(11 비트 식별자)과 확장 프레임(29 비트 식별자) 두 가지 형식을 제공한다.
주요 특징
| 특징 | 설명 |
|---|---|
| 실시간성 | 우선순위 기반의 메시지 전송(우선순위가 높은 식별자가 먼저 전송) |
| 고신뢰성 | 오류 검출·정정 메커니즘(비트 스터핑, ACK, CRC) |
| 저전력·저비용 | 두 개의 와이어만으로 다수의 노드 연결 가능 |
| 네트워크 토폴로지 | 선형 버스, 트리, 스타 형태가 사용 가능하지만 일반적으로 선형 버스가 주류 |
| 전송 속도 | 최대 1 Mbps(짧은 케이블 길이 기준) |
응용 분야
- 자동차: 엔진 제어, 브레이크 시스템(ABS), 차체 전자장치(ECU), 에어백 등
- 산업 자동화: 공장 로봇, 생산 라인 모니터링, PLC(Programmable Logic Controller) 간 통신
- 의료 기기: 환자 모니터링 시스템, 의료 로봇
- 선박·항공: 선박 자동화, 항공기 내부 제어망
표준 및 규격
- ISO 11898‑1: 물리 계층 및 데이터 링크 계층 (비트 전송, 전압 레벨 등)
- ISO 11898‑2: 고속 CAN(High-speed CAN) – 125 kbps ~ 1 Mbps
- ISO 11898‑3: 저속/저전력 CAN(Low-speed/Fault-tolerant CAN) – 최대 125 kbps
- ISO 11519‑1: CAN 트랜시버 전기적 특성
구현 예시
- 마이크로컨트롤러: STM32, NXP S32, Microchip PIC 등 다수의 MCU가 내장 CAN 컨트롤러를 제공한다.
- 트랜시버 IC: MCP2551, TJA1050 등은 물리 레이어 전압 변환 및 차동 전송을 담당한다.
제한 사항 및 고려 사항
- 케이블 길이와 전송 속도: 전송 속도가 높을수록 허용 케이블 길이가 짧아진다(예: 1 Mbps에서는 40 m 이하).
- 노드 수 제한: 물리적인 전압 강하와 종단 저항(120 Ω) 설정에 따라 실제 연결 가능한 노드 수가 제한된다.
관련 기술
- LIN(Localized Interconnect Network): 저속 단일 마스터-슬레이브 통신 프로토콜, CAN와 보완적인 역할 수행.
- FlexRay: 고속·고신뢰성 차량 네트워크, CAN보다 높은 대역폭 요구 환경에서 사용.
- Ethernet AVB/TSN: 차량 내부 고대역폭 통신을 위한 이더넷 기반 기술.
참고 문헌
- Bosch (1991). CAN Specification Version 2.0.
- ISO (1993). ISO 11898-1:1993 – Road vehicles – Controller area network (CAN) – Part 1: Data link layer and physical signalling.
- Robert D. Bishop (2004). Automotive Electronics: Architecture and Design.
(위 정보는 공개된 표준 문서와 제조사 자료를 기반으로 작성되었습니다.)