CANOpen 네트워크의 계층 구조

CANOpen 네트워크의 계층 구조

CANOpen 네트워크는 다양한 장치가 효과적으로 통신할 수 있도록 설계된 계층적 구조를 갖추고 있습니다. 이러한 계층 구조는 OSI(Open Systems Interconnection) 모델과 유사하게 정의되며, 각 계층은 특정한 역할을 담당합니다. 본 장에서는 CANOpen 네트워크의 계층 구조를 살펴보고, 각 계층이 어떤 기능을 수행하는지 설명하겠습니다.

CANOpen 네트워크 계층 개요

CANOpen 네트워크는 주로 다음과 같은 계층으로 구성됩니다.

• 물리 계층 (Physical Layer)
• 데이터 링크 계층 (Data Link Layer)
• 전송 계층 (Transport Layer)
• 응용 계층 (Application Layer)

이러한 계층 구조는 CANOpen 장치가 데이터를 효율적으로 교환하고, 네트워크에서 충돌을 최소화하며, 상호 운용성을 보장하도록 도와줍니다.

물리 계층 (Physical Layer)

물리 계층은 CAN 버스에서 신호를 전송하는 방식과 관련된 하드웨어적 요소를 정의합니다. 주요 특징은 다음과 같습니다.

• 전기적 특성: ISO 11898 표준을 기반으로 함
• 전송 속도: 일반적으로 10kbps ~ 1Mbps
• 배선 구조: 차동 신호(differential signal)를 사용하는 트위스트 페어 케이블
• 종단 저항 (Termination Resistor): 신호 반사를 방지하기 위해 버스의 양 끝단에 120Ω 저항 사용

데이터 링크 계층 (Data Link Layer)

데이터 링크 계층은 CAN 프로토콜의 핵심 부분이며, 메시지 프레임의 전송과 오류 검출을 담당합니다. 주요 기능은 다음과 같습니다.

• 프레임 구조: CAN 메시지 프레임을 정의 (ID, DLC, 데이터 필드 등)
• 버스 중재 (Arbitration): CSMA/CR(Carrier Sense Multiple Access with Collision Resolution) 방식 사용
• 오류 검출 및 정정: CRC(Cyclic Redundancy Check) 및 에러 핸들링 메커니즘 지원
• 자동 재전송 (Automatic Retransmission): 충돌이 발생하면 자동으로 재전송 수행

전송 계층 (Transport Layer)

전송 계층은 상위 응용 계층에서 전송할 데이터를 세그먼트로 분할하거나, 수신된 세그먼트를 재조합하는 역할을 합니다. 주요 특징은 다음과 같습니다.

• PDO (Process Data Object): 실시간 데이터 교환을 위한 구조
• SDO (Service Data Object): 설정 및 진단 데이터를 교환하는 구조
• 응용 계층과의 연결: 상위 계층에서 요구하는 데이터 전송을 지원

응용 계층 (Application Layer)

응용 계층은 CANOpen 네트워크의 최상위 계층으로, 네트워크 내 장치 간의 데이터를 처리하고 특정 작업을 수행하는 역할을 합니다. 주요 요소는 다음과 같습니다.

• Object Dictionary: 장치의 데이터 및 설정 값을 저장하는 데이터베이스 역할
• NMT (Network Management): 네트워크 상태 관리 및 장치 초기화
• SYNC 및 TIME 서비스: 네트워크의 시간 동기화 기능 제공
• Emergency Message: 오류 발생 시 긴급 메시지 전송

결론

CANOpen 네트워크의 계층 구조는 물리 계층에서 응용 계층까지 다양한 요소로 구성되며, 각 계층은 CANOpen 장치 간의 원활한 데이터 통신을 보장하는 중요한 역할을 수행합니다. 이를 이해하면 CANOpen 네트워크의 설계 및 구현에 있어 보다 효율적인 접근이 가능하며, STM32F429 기반의 CANOpen 시스템을 구축하는 데 도움이 됩니다.