CANOpen의 기본 통신 원리

CANOpen의 기본 통신 원리

CANOpen은 산업 자동화, 의료 기기, 로봇 및 다양한 임베디드 시스템에서 널리 사용되는 프로토콜입니다. 이 프로토콜은 CAN(Controller Area Network) 위에서 동작하며, 네트워크 내의 노드 간 통신을 위한 표준화된 방법을 제공합니다. 본 장에서는 CANOpen의 기본 통신 원리를 설명하고, 주요 메시지 유형 및 데이터 교환 방식에 대해 알아보겠습니다.

CANOpen의 데이터 프레임 구조

CANOpen은 CAN 프로토콜의 데이터 프레임을 기반으로 동작합니다. 기본적인 CAN 데이터 프레임은 다음과 같은 필드로 구성됩니다.

• 식별자(Identifier): 메시지의 우선순위를 결정하고, 메시지 유형을 식별하는 역할을 합니다.
• 제어 필드(Control Field): 데이터 길이(DLC, Data Length Code)를 지정합니다.
• 데이터 필드(Data Field): 실제 데이터를 포함하며, 최대 8바이트까지 전송할 수 있습니다.
• CRC 및 ACK 필드: 오류 검출 및 전송 성공 여부를 확인합니다.

CANOpen에서는 이 기본 CAN 프레임을 확장하여 특정한 기능을 수행하는 다양한 메시지를 정의합니다.

CANOpen의 메시지 유형

CANOpen의 주요 메시지 유형은 다음과 같습니다.

• NMT(Network Management) 메시지: 네트워크 내의 노드를 초기화, 시작, 중지 등의 상태로 변경하는 데 사용됩니다.
• PDO(Process Data Object) 메시지: 실시간 데이터 교환을 위해 사용되며, 주로 센서 및 액추에이터 간의 데이터를 전송합니다.
• SDO(Service Data Object) 메시지: 구성 및 진단 데이터를 전송하며, 마스터-슬레이브 방식으로 동작합니다.
• Heartbeat 및 Node Guarding 메시지: 노드의 상태를 모니터링하고 장애를 감지하는 데 사용됩니다.
• SYNC 및 TIME 메시지: 네트워크의 시간 동기화를 제공하여 실시간 제어를 가능하게 합니다.

PDO와 SDO의 차이점

CANOpen에서는 데이터 전송을 위해 PDO와 SDO라는 두 가지 주요 메시지 방식을 사용합니다.

항목	PDO(Process Data Object)	SDO(Service Data Object)
전송 방식	브로드캐스트(멀티캐스트)	점대점(Point-to-Point)
데이터 크기	8바이트 이하	4GB까지 확장 가능
용도	실시간 데이터 교환	파라미터 설정 및 진단
속도	빠름	상대적으로 느림

PDO는 주로 실시간 데이터를 빠르게 교환하는 데 사용되며, 사전 정의된 맵핑을 따라 전송됩니다. 반면, SDO는 장치의 설정 값을 읽거나 변경하는 데 사용됩니다.

CANOpen의 네트워크 관리

CANOpen 네트워크에서는 NMT(Network Management) 프로토콜을 사용하여 네트워크의 노드 상태를 관리합니다. NMT 메시지는 마스터 노드에서 슬레이브 노드로 전송되며, 주요 상태는 다음과 같습니다.

• Initializing: 노드가 초기화 중인 상태
• Pre-operational: 일부 통신 기능이 활성화된 상태로, SDO 통신 가능
• Operational: 전체 통신 기능이 활성화된 상태로, PDO 및 SDO 전송 가능
• Stopped: 모든 통신이 중지된 상태

네트워크의 마스터 노드는 각 노드에 NMT 메시지를 전송하여 상태를 변경할 수 있으며, 각 노드는 Heartbeat 또는 Node Guarding을 통해 상태를 보고할 수 있습니다.

결론

본 장에서는 CANOpen의 기본 통신 원리에 대해 살펴보았습니다. CANOpen은 CAN 네트워크 위에서 동작하며, NMT, PDO, SDO 등의 다양한 메시지를 활용하여 데이터 교환 및 네트워크 관리를 수행합니다. 다음 장에서는 CANOpen의 객체 사전(Object Dictionary)에 대해 자세히 알아보겠습니다.