CANOpen이란?

CANOpen이란?

CANOpen은 CAN(Controller Area Network) 프로토콜을 기반으로 하는 고급 통신 프로토콜입니다. CAN은 차량, 산업 자동화, 로봇 공학 등 다양한 임베디드 시스템에서 널리 사용되는 네트워크 프로토콜이지만, 기본적인 데이터 프레임 전송 기능만 제공합니다. 이에 반해 CANOpen은 이러한 기본적인 CAN 통신을 확장하여 장치 간의 상호 운용성, 표준화된 프로토콜, 효율적인 데이터 교환을 가능하게 합니다.

CAN과 CANOpen의 차이점

CAN과 CANOpen의 가장 큰 차이점은 프로토콜의 계층 구조와 지원하는 기능에서 찾을 수 있습니다.

1. 프로토콜 계층

   • CAN은 물리 및 데이터 링크 계층에서 동작하는 통신 프로토콜로, 기본적으로 데이터 프레임의 송수신과 충돌 회피를 담당합니다.
   • CANOpen은 CAN을 기반으로 하여 응용 계층(Application Layer)까지 확장된 프로토콜로, 다양한 장치가 상호 작용할 수 있도록 정의된 표준 통신 방식과 객체 모델을 포함합니다.

2. 데이터 프레임과 프로토콜

   • CAN에서는 데이터 프레임이 송신되면, 이를 수신한 노드가 해당 프레임의 ID를 해석하여 필요한 데이터를 추출하는 방식입니다.
   • CANOpen에서는 표준화된 프로토콜(예: SDO, PDO, NMT, Heartbeat 등)이 정의되어 있으며, 장치 간의 통신이 보다 체계적으로 이루어집니다.

3. 노드 관리 및 네트워크 관리

   • CAN 자체는 네트워크 관리 기능이 없으며, 단순한 브로드캐스트 기반 데이터 전송을 수행합니다.
   • CANOpen은 노드 관리(Network Management, NMT)를 포함하여 네트워크 내 장치의 상태를 제어할 수 있으며, 특정 노드의 활성화 및 비활성화를 조정할 수 있습니다.

4. 객체 사전(Object Dictionary, OD) 사용

   • CAN은 데이터 프레임만을 주고받을 수 있으며, 데이터의 의미를 정의하는 별도의 구조가 필요합니다.
   • CANOpen은 객체 사전(Object Dictionary)이라는 구조를 사용하여 각 장치의 변수와 데이터 구조를 명확히 정의하고, 이를 통해 표준화된 데이터 교환이 가능합니다.

CANOpen의 주요 확장 기능

CANOpen은 다양한 산업 분야에서 사용될 수 있도록 여러 가지 확장 기능을 제공합니다.

1. SDO (Service Data Object) 통신

   • SDO는 마스터-슬레이브 방식으로 동작하며, 노드 간에 설정 데이터를 교환하는 역할을 합니다.
   • 노드의 특정 변수 값을 읽거나 쓸 때 사용되며, 객체 사전의 특정 항목을 접근하는 방식으로 동작합니다.

2. PDO (Process Data Object) 통신

   • PDO는 실시간 데이터 전송을 위한 프로토콜로, 고속 데이터 교환이 필요할 때 사용됩니다.
   • 이벤트 기반 또는 주기적인 전송이 가능하며, CAN 메시지 내에서 데이터 매핑이 미리 정의됩니다.

3. 네트워크 관리 (NMT, Heartbeat, Node Guarding)

   • NMT(Network Management) 메시지를 사용하여 노드의 상태를 관리할 수 있습니다.
   • Heartbeat 및 Node Guarding을 통해 장치의 상태를 모니터링하고, 특정 노드가 네트워크에서 이탈했는지 감지할 수 있습니다.

4. 동기화 및 타이밍 기능 (SYNC, Time Stamp)

   • CANOpen 네트워크 내에서 동기화 메시지(SYNC)를 사용하여 여러 노드 간의 데이터를 동기화할 수 있습니다.
   • 시간 관련 기능(Time Stamp)을 활용하여 데이터의 타임스탬프를 기록하고, 시간 기반 작업을 수행할 수 있습니다.

5. 에러 핸들링 및 진단 기능

   • CANOpen은 비정상적인 동작을 감지하고 보고하는 기능을 포함하고 있습니다.
   • EMCY(Emergency Message)를 활용하여 긴급 오류 메시지를 송신하고, 네트워크 내의 문제를 신속히 해결할 수 있습니다.

CANOpen의 활용 분야

CANOpen은 산업 자동화, 의료 장비, 로봇 공학, 전기차 및 차량 시스템, 해양 및 항공 시스템 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. 특히, 실시간 데이터 교환이 중요한 환경에서 CANOpen은 뛰어난 확장성과 신뢰성을 제공하는 네트워크 솔루션으로 자리 잡고 있습니다.