CAN 인터페이스 및 주요 하드웨어

CAN 인터페이스 및 주요 하드웨어

1. CAN 인터페이스 개요

CAN(Controller Area Network)은 자동차, 산업 자동화, 의료 기기 등 다양한 분야에서 널리 사용되는 통신 프로토콜입니다. 여러 개의 마이크로컨트롤러(MCU)나 임베디드 시스템이 하나의 네트워크를 통해 효율적으로 데이터를 교환할 수 있도록 설계되었습니다.

CAN 통신을 활용하려면 적절한 하드웨어 인터페이스가 필요합니다. 일반적으로 MCU에 내장된 CAN 모듈을 사용하거나, 외부 CAN 컨트롤러를 이용하여 CAN 네트워크와 연결할 수 있습니다. 또한, PC와 CAN 네트워크를 연결하기 위해 USB-to-CAN 어댑터를 사용할 수도 있습니다.

이 글에서는 CAN 인터페이스를 구성하는 주요 하드웨어에 대해 자세히 설명하겠습니다.

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2. MCU 내장 CAN 모듈

많은 최신 MCU(Microcontroller Unit)는 CAN 통신 기능을 내장하고 있습니다. 대표적으로 STM32, ESP32와 같은 MCU가 CAN 컨트롤러를 포함하고 있으며, 별도의 외부 컨트롤러 없이 직접 CAN 버스를 제어할 수 있습니다.

2.1 STM32의 CAN 모듈

STM32 시리즈 중 일부는 내장 CAN 컨트롤러를 지원합니다. 예를 들어, STM32F103, STM32F407 등은 CAN 인터페이스를 제공합니다.

STM32에서 CAN 설정 방법

1. 하드웨어 연결
   • CAN_H와 CAN_L을 CAN 트랜시버(MCP2551, TJA1050 등)에 연결
   • 트랜시버를 통해 물리적인 CAN 버스에 연결
2. 펌웨어 설정 (예제 코드)

#include "stm32f1xx_hal.h"

CAN_HandleTypeDef hcan;

void CAN_Init(void) {
    hcan.Instance = CAN1;
    hcan.Init.Prescaler = 16;
    hcan.Init.Mode = CAN_MODE_NORMAL;
    hcan.Init.SyncJumpWidth = CAN_SJW_1TQ;
    hcan.Init.TimeSeg1 = CAN_BS1_4TQ;
    hcan.Init.TimeSeg2 = CAN_BS2_3TQ;
    hcan.Init.AutoBusOff = ENABLE;
    HAL_CAN_Init(&hcan);
}

3. 데이터 송신 및 수신
   • CAN 메시지를 송신하기 위해 HAL_CAN_AddTxMessage() 사용
   • 수신된 메시지를 읽기 위해 HAL_CAN_GetRxMessage() 사용

2.2 ESP32의 CAN 모듈

ESP32는 기본적으로 CAN 컨트롤러를 내장하고 있으며, 추가적인 트랜시버 칩만 연결하면 CAN 네트워크를 사용할 수 있습니다.

ESP32에서 CAN 설정 방법

1. 하드웨어 연결
   • ESP32의 TX, RX 핀을 CAN 트랜시버(TJA1050 등)에 연결
   • CAN_H와 CAN_L을 CAN 네트워크에 연결
2. ESP-IDF를 사용한 코드 예제

#include "driver/twai.h"

void CAN_Init() {
    twai_general_config_t g_config = TWAI_GENERAL_CONFIG_DEFAULT(GPIO_NUM_21, GPIO_NUM_22, TWAI_MODE_NORMAL);
    twai_timing_config_t t_config = TWAI_TIMING_CONFIG_500KBITS();
    twai_filter_config_t f_config = TWAI_FILTER_CONFIG_ACCEPT_ALL();
    twai_driver_install(&g_config, &t_config, &f_config);
    twai_start();
}

3. 데이터 송신 및 수신
   • CAN 메시지를 송신하기 위해 twai_transmit() 사용
   • 수신된 메시지를 읽기 위해 twai_receive() 사용

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3. 외부 CAN 컨트롤러 (MCP2515 + SPI)

일부 MCU는 CAN 컨트롤러를 내장하지 않고 있으며, 이러한 경우 외부 CAN 컨트롤러인 MCP2515을 SPI 인터페이스를 통해 연결하여 CAN 통신을 수행할 수 있습니다.

3.1 MCP2515 개요

MCP2515는 SPI 기반의 외부 CAN 컨트롤러로, 다음과 같은 특징을 가집니다.

• 최대 1Mbps의 CAN 속도 지원
• SPI(Serial Peripheral Interface) 통신을 통해 MCU와 연결
• CAN2.0A/B 프로토콜 지원
• 메시지 필터 및 마스크 기능 포함

3.2 하드웨어 연결

MCP2515을 사용하려면 CAN 트랜시버(TJA1050 또는 MCP2551)와 함께 사용해야 합니다. 기본적인 연결은 다음과 같습니다.

MCP2515 핀	연결 대상
VCC	5V
GND	GND
SCK	MCU의 SCK (SPI)
SI	MCU의 MOSI (SPI)
SO	MCU의 MISO (SPI)
CS	MCU의 CS (SPI)
INT	MCU의 인터럽트 핀

3.3 코드 예제 (Arduino + MCP2515)

#include <SPI.h>
#include <mcp_can.h>

MCP_CAN CAN(10);  // CS 핀

void setup() {
    Serial.begin(115200);
    while (CAN.begin(MCP_ANY, CAN_500KBPS, MCP_16MHZ) != CAN_OK) {
        Serial.println("CAN 초기화 실패");
        delay(100);
    }
    Serial.println("CAN 초기화 완료");
}

void loop() {
    byte data[8] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08};
    CAN.sendMsgBuf(0x100, 0, 8, data);
    delay(1000);
}

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4. USB-to-CAN 어댑터

PC에서 CAN 네트워크를 모니터링하거나 제어하기 위해 USB-to-CAN 어댑터를 사용할 수 있습니다. 대표적인 USB-to-CAN 어댑터로는 다음과 같은 제품이 있습니다.

• PEAK-System PCAN-USB
• Kvaser USBcan
• Lawicel CANUSB
• Waveshare USB-CAN

4.1 사용 방법

1. 드라이버 설치
   • 제조사에서 제공하는 드라이버 및 소프트웨어를 설치
2. CAN 통신 속도 설정
   • 500Kbps, 250Kbps 등 네트워크 환경에 맞게 설정
3. PC 소프트웨어 활용
   • CAN 메시지를 실시간으로 모니터링
   • 특정 메시지 송신 및 분석

4.2 PCAN-USB를 활용한 예제

candump can0 # CAN 버스 데이터 모니터링
cansend can0 123#DEADBEEF # CAN 메시지 전송

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5. 결론

이 글에서는 CAN 통신을 위한 주요 하드웨어 옵션을 살펴보았습니다. MCU에 내장된 CAN 모듈을 사용하는 것이 가장 간단한 방법이지만, MCP2515과 같은 외부 컨트롤러를 활용하거나 USB-to-CAN 어댑터를 사용하면 보다 다양한 환경에서 CAN 네트워크를 구성할 수 있습니다.

각 하드웨어의 장단점을 이해하고, 프로젝트에 적합한 방법을 선택하여 CAN 네트워크를 효과적으로 구현하시기 바랍니다.