CANOpen 네트워크 테스트 및 디버깅

CANOpen 네트워크 테스트 및 디버깅

개요

CANOpen 네트워크를 개발한 후에는 반드시 올바르게 동작하는지 테스트하고, 문제 발생 시 디버깅하는 과정이 필요합니다. CANOpen은 실시간 산업 네트워크로서 데이터의 정확성과 안정성이 중요한 역할을 하므로, 철저한 검증 과정이 필수적입니다.

본 장에서는 CANOpen 네트워크의 테스트 방법과 디버깅 기법에 대해 다루며, 실제 STM32F429 기반의 개발 환경에서 적용할 수 있는 실습 예제를 포함합니다.

CANOpen 네트워크 테스트 방법

CANOpen 네트워크 테스트는 여러 가지 측면에서 수행될 수 있습니다. 주요 테스트 항목은 다음과 같습니다.

1. 물리 계층 테스트

• CAN Bus 신호 무결성 확인: 오실로스코프를 사용하여 CAN_H 및 CAN_L 신호의 품질을 확인합니다.
• 종단 저항(120Ω) 확인: 네트워크의 양 끝단에 올바른 종단 저항이 배치되었는지 확인합니다.
• 배선 및 커넥터 상태 점검: 배선의 단락(short) 및 개방(open) 여부를 검사합니다.

2. 프로토콜 계층 테스트

• CANOpen 노드의 통신 확인: 모든 노드가 정상적으로 NMT(Network Management) 명령을 수신하는지 확인합니다.
• Heartbeat 및 Node Guarding: 각 노드가 정해진 주기대로 Heartbeat 메시지를 송수신하는지 검사합니다.
• PDO 및 SDO 통신 테스트: 데이터가 정상적으로 송수신되는지, 데이터 무결성이 보장되는지 확인합니다.

3. 성능 테스트

• 버스 부하 측정: 높은 부하에서 CANOpen 네트워크가 정상적으로 동작하는지 확인합니다.
• 지연 시간(Latency) 분석: 특정 이벤트 발생 시, CAN 메시지가 얼마나 빠르게 전송되는지 측정합니다.
• 에러 프레임 검출: CAN Bus에서 오류 프레임이 발생하는지 확인하고, 발생 빈도를 측정합니다.

CANOpen 디버깅 기법

CANOpen 네트워크에서 발생할 수 있는 다양한 문제를 분석하고 해결하기 위해 여러 디버깅 기법을 사용할 수 있습니다.

1. CAN Bus 분석 도구 활용

• PCAN-View (PEAK Systems): 실시간으로 CAN 메시지를 모니터링하고 분석할 수 있습니다.
• CANalyzer (Vector Informatik): 고급 분석 기능을 제공하며, CANOpen 프로토콜을 깊이 있게 분석할 수 있습니다.
• BusMaster: 오픈소스 CAN 분석 도구로, 기본적인 메시지 송수신 기능을 제공합니다.

2. 펌웨어 디버깅

• STM32CubeIDE 디버깅 기능 활용: STM32CubeIDE의 디버거를 사용하여 CANOpen 스택 내부 변수와 상태를 확인합니다.
• 로그 메시지 출력: UART 또는 USB-Serial을 이용하여 CANOpen 스택 내부 로그를 출력하고 분석합니다.
• SDO 오류 코드 분석: SDO 통신 중 발생하는 오류 코드(Abort Code)를 기반으로 문제를 분석합니다.

3. 네트워크 트래픽 분석

• 비정상적인 메시지 패턴 감지: CANalyzer 또는 PCAN-View를 사용하여 네트워크 트래픽을 분석하고, 예상치 못한 메시지를 찾아냅니다.
• 오류 프레임 분석: CAN Bus에서 발생하는 오류 프레임을 확인하고, 노드의 통신 장애 원인을 파악합니다.
• NMT 상태 전이(State Transition) 확인: 노드가 정상적으로 Pre-operational, Operational, Stopped 상태를 전이하는지 확인합니다.

STM32F429 기반의 CANOpen 네트워크 테스트 실습

STM32F429와 STM32CubeIDE를 활용하여 CANOpen 네트워크를 테스트하는 실습을 진행합니다.

1. 테스트 환경 구축

• 하드웨어 구성:
  • STM32F429 보드 2개
  • CAN 트랜시버 (MCP2551 또는 TJA1050)
  • 120Ω 종단 저항 2개
  • PC (CAN 분석 도구 사용)
• 소프트웨어 준비:
  • STM32CubeIDE
  • CANopenNode 또는 CANFestival 라이브러리
  • PCAN-View 또는 CANalyzer

2. 기본 통신 테스트

1. NMT 명령 전송 및 응답 확인

   • CANopenNode 또는 CANFestival을 사용하여 Master에서 NMT(Start Node) 명령을 전송합니다.
   • Slave 노드가 해당 명령을 수신하고, Operational 상태로 전이하는지 확인합니다.

2. Heartbeat 메시지 확인

   • 각 Slave 노드에서 주기적으로 Heartbeat 메시지를 송신하는지 확인합니다.
   • PCAN-View를 사용하여 메시지 내용을 분석합니다.

3. SDO 통신 테스트

   • Master에서 특정 SDO Read 요청을 보내고, 응답이 올바르게 수신되는지 확인합니다.
   • SDO Write 테스트를 수행하고, Slave 노드에서 데이터가 정상적으로 반영되는지 확인합니다.

4. PDO 통신 테스트

   • 주기적으로 PDO 메시지가 정상적으로 송수신되는지 확인합니다.
   • PDO 매핑을 변경한 후, 데이터 전송이 올바르게 이루어지는지 테스트합니다.

3. 장애 상황 시뮬레이션 및 대응

• 노드 전원 차단 후 복구: 특정 노드의 전원을 껐다가 다시 켰을 때, 정상적으로 네트워크에 재등록되는지 확인합니다.
• 에러 프레임 유발: 의도적으로 잘못된 메시지를 송신하여 네트워크가 어떻게 반응하는지 테스트합니다.
• 고부하 상태 테스트: 여러 개의 PDO를 빠르게 송수신하여 네트워크가 정상적으로 동작하는지 확인합니다.

결론

CANOpen 네트워크의 올바른 동작을 보장하기 위해서는 철저한 테스트와 효과적인 디버깅이 필수적입니다.
STM32F429 기반의 CANOpen 네트워크에서 발생할 수 있는 다양한 문제를 해결하기 위해, 하드웨어 및 소프트웨어 도구를 적절히 활용해야 합니다.

본 장에서 다룬 테스트 및 디버깅 기법을 활용하여 안정적인 CANOpen 네트워크를 구축하시기 바랍니다.