살다보면...

CAN (Controller Area Network)은 1985년 자동차 업체인 벤츠의 요구에 의하여 자동차 부품 업체인 독일의 Bosch사에서 차량 네트워크용으로 최초로 개발되었다고 합니다. 초기에는 자동차 제조업체들은 일대일(Point To Point)통신 시스템을 사용하여 차량 내 전자장치(ECU)를 연결하였습니다. 하지만 차량 내에 탑재되는 전자장치들이 많아짐에 따라 배선 장치는 공간 및 무게로 인한 비용이 증가하게 되었습니다. 또한, 서로 다른 세 개의 전자장치간을 통신을 위해서는 일대일(Point To Point)통신 방식이 적합하지 않아 다중통신 (Multi Master Communication) 방식이 필요하게 되어 CAN이 탄생하게 되었습니다. 이에 업체들은 배선의 비용, 배선의 복잡성, 배선의 공간 그리고 무게를 경감시킬 수 있었습니다. 그후 최초의 집적화된 CAN 부품은 1987년 인텔에 의해 생산되어졌다고 합니다.

CAN (Controller Area Network)은 차량용 네트워크를 위해 고안된 시리얼 통신 네트워크의 통신 방식입니다. 장점으로는 2개의 선으로 여러가지 ECU를 병렬로 연결하여 ECU 상호간의 정보 교환을 우선순위대로 처리하는 방식이 있으며, 네트워크 상의 모든 디바이스는 전송되는 모든 메세지를 확인할 수 있으며, 해당 메시지를 필터링되어야 할 지 여부를 결정할 수 있습니다. 또한 CAN은 노이즈에 강한 통신으로 인정을 받고 있습니다.

1993년에는 ISO에서 국제 표준 규격 (ISO 11898)으로 제정되었으며, 1994부터 CANopen, DeviceNet 등 CAN에 대한 여러 가지 상위 레벨 프로토콜이 표준화되었습니다.

CAN은 차량용으로 개발되었지만 안정성과 장점이 입증되어 다른 분야에서도 광범위하게 CAN 버스를 도입하고 있습니다. 적용되는 분야를 보면 철도(지하철, 경전철....), 항공기, 의료기, 승강기 등 다양한 분야에서 적용을 하고 있습니다.

CAN(Controller Area Network) 통신의 장점

1. 2선 twist pair 을 이용한 전기적 differential 통신을 하여 전기적인 노이즈에 매우 강합니다.

2. 2032개의 디바이스를 연결할 수 있으나 이것은 이론적이며,현재의 CAN트랜시버 한계는 하나의 버스라인에 최대 110개까지의 노드 연결이 가능합니다. 또한 CAN 트랜시버에 따라 최대 노드수는 달라 집니다.

3. RS-485의 경우에는 하나의 Master만 존재하지만 통신 버스를 공유하고 있는 CAN 컨트롤러들은 모두가 Master 가 될 수 있는 Multi Master 통신을 합니다.

4. 통신 속도는 최대 1Mbps로 속도가 빠릅니다.. 아래 그림은 CAN(Controller Area Network) 통신의 속도와 거리 관한 표입니다.

5. 8byte 데이터 전송을 하는 하드웨어 패킷을 제공합니다.

6. 우선 순위가 있습니다.

요즘 많이 사용되는 FastEthernet카드의 경우 UTP(Unshielded Twisted Pair)케이블이나STP(Shielded Twist Pair)케이블을사용하여야한다. UTP 케이블의 연결 방식에 따라 두 가지의 종류로 나뉜다.

다이렉트케이블 (Direct, PC to Hub)
- 네트워크 카드와 허브를 연결하는데 사용하는 케이블
  케이블의 양쪽 모두 1,2번(흰주,주황)핀은 TX(송신측:출력단자), 3,6번(흰녹,녹)핀은 RX(수신측:입력단자이다.

크로스케이블 (Crossover, PC to PC)
- 두대의 네트워크 카드를 직접 연결하는데 사용하는 케이블
- 허브에서 허브 또는 PC에서 PC로연결
케이블의 한쪽은 1,2번(흰주,주황)핀은 TX(송신측:출력단자), 3,6번(흰녹,녹)핀은 RX(수신측:입력단자)이다. 케이블의 나머지 한쪽은 1,2번(흰녹,녹)핀은 RX(수신측:입력단자) 3,6번(흰주,주황)핀은 TX(송신측:출력단자)이다. 한쪽 네트워크 카드의 출력 단자의 신호가 다른 쪽 네트워크 카드의 입력 단자로 전달되도록 케이블의 내부 배선을 변경 한 것이다.

<<추가정보>>
케이블 UTP
UTP케이블의 1,2번은 TX(송신측), 3,6번은 RX(수신측)이다.

즉, 통신 할 때 8개의 선을 모두 사용하는 것이 아니라 4개의 선만을 사용하고 나머지 4개의 선은 예비선 이다.

케이블을 잘못 제작 하면...
케이블 제직 시 선의 양쪽 끝의 배열이 동일하기만 하다면 1~2미터 정도의 짧은 거리에서는 동작하는 것처럼 보일 수도 있다. 그러나 색깔 배열을 강조하는 이유는 통신에 이용되는 1번과 2번, 3번과 6번의 선이 서로 꼬여 있어야 하기 때문이다. 선이 꼬여 있으면 두 선의 밀착을 유지시켜주며 외부 전기 노이즈의 영향을 최소화 할 수 있게 된다.
만약 케이블 제직 시 흰주-주황-흰녹-녹색-흰파-파랑-흰갈-갈색 순으로 만들어서 1,2번은 꼬임이 성립되지만 3,6번은 흰녹과 파랑으로 꼬임이 없는 경우가 되어 랜선을 연결해보면 인터넷이 되는 것처럼 랜카드의 LED불도 들어오지만 자세히 살펴보면 LED불이 깜빡거리고 통신이 되는지의 여부를 조사하는 ping도 실행되지 않는다. 이렇게 케이블을 잘못 제작한 경우라도 선이 짧으면 10Mbps 전송은 가능할 수 있으나 100Mbps 전송은 불가능하며, 길이가 길어질수록 통신이 되지 않게 된다.
1,2번과 3,6번이 제대로 꼬여있는 선으로 제작된다면 선의 길이가 100m라도 차질없이 통신이 진행되게된다.

허브의 포트 구성방법
MDI(Medium Dependent Interface)방법과 MDIX(MDI Cross) 방법이 있는데 MDI는 일반적인 연결(Tx+, Tx-, Rx+, N, N, Rx-, N, N)이고 MDIX는 T측과 R측을 반대로 해놓은 것이다.
MDI포트의 1,2번핀은 TX(송신측:출력단자), 3,6번핀은 RX(수신측:입력단자)로 연결 되고, MDIX포트의 1,2번핀은 RX(수신측:입력단자), 3,6번핀은 TX(송신측:출력단자)로 연결 된다.
PC(MDI포트)와 허브(MDIX포트)를 다이렉트 케이블로 연결하면 송신용 전선으로 전달된 데이터는 허브를 거쳐 수신용 전선으로 들어가게 된다. 하지만 다이렉트 케이블로 두 대의 PC를 연결할 경우에는 송신측에서 전송된 데이터가 상대편 송신용과 전선과 연결되어 있어 데이터가 제대로 전달될 수 없게 되기 때문에(양쪽이 같은 포트이므로) 크로스 케이블을 연결해 주어야 한다.

UTP 케이블 (CAT 5)의 제작 방법

준비물

제작순서

1. 어떠한 케이블을 만들지 결정한 후 원하는 길이만큼 자른다

2. RJ-45 Cap을 사용하려면 벗겨내기 전에 미리 선에 끼워 둔다.

3. 케이블의 양쪽 끝을 Cable Stripper 또는 칼이나 가워로 벗겨낸다.

4. 케이블을 벗겨내면 주황색, 녹색, 파란색, 갈색의 꼬여있는 선을 풀어준다.

5. 선이 구부러지지 않고 가지런하게 편 후 색깔에 맞추어 배치한다.(흰주-주황-흰녹-파랑-흰파-녹색-흰갈-갈색 순으로 곧게 펴서 잡는다.)

6. 흐트러지지 않게 주의하며 피복의 벗겨낸 부분으로부터 대략 1.5cm높이 만큼을 니퍼로 곧게 수직으로 잘라준다.

7. 자를 때의 모양 그대로 길이의 차이가 나지 않는 상태를 유지하며 RJ-45에 삽입한다.(RJ-45의 평평한 부분이 위로 항하게 하고 왼쪽부터 흰주-주황 순으로 들어가게 한꺼번에 구리 커넥터가 있는 끝가지 눌러주면 된다.)

8. 제대로 들어갔는지 확인한 후 UTP Tool에 잘 끼워 넣은 후 찍어주면 된다.

9. Direct 케이블을 만들 경우에는 나머지 한쪽도 똑같은 방법으로 만들면 되지만, Cross케이블을 만들 경우에는 나머지 한쪽의 색깔 배열을 달리해야 한다. (흰녹-녹색-흰주-파랑-흰파-주황-흰갈-갈색 순으로배치해 주면 된다. 또한 RJ-45에 삽입할 시에도 왼쪽부터 흰녹-녹색 순으로 들어가게 하면 된다.)

RS485는 소프트웨어적인 특성에 대한 용어가 아니고 하드웨어적인 특성을 구분짓는 용어입니다. 우리가 serial통신에서 익히 알고 자주 사용하는 것은 RS232C입니다. 이는 Inactive 상태가 -12V, Active 상태가 +12V의 신호를 이용하여 RXD신호와 TXD신호를 서로 교차하여 통신이 이루어 질수 있도록 하는 규격입니다.

마찬가지로 RS422(평형 전송), RS423(불평형 전송), RS485(평형 전송)도 나타내는 규격인 것 입니다. 평형 전송이라 함은 하나의 신호를 두가닥의 신호선을 이용하여 서로 역상의 신호를 실어 보내는 방법 입니다. 그러므로 양단의 장비간의 GND는 공통이 아니어도 전송이 가능함다. 불평형 전송에 사용되는 RS423 의 경우에는 양단 장비간의 GND가 공통이 되어야 함다. 정확한 용어로는 TIA/EIA-422, TIA/EIA-485 standard라 합니다. RS485 driver/receiver로 사용되는 IC는 TI사의 SN75176이 주로 사용됩니다.

RS485 통신의 특징

1. HALF DUPLEX 방식으로 통신이 이루어 집니다.

RS232C, RS422의 경우에는 송신과 수신이 서로 분리 되어 있어서 FULL DUPLEX 양방향 동시 통신이 가능 합니다. 하지만 RS485의 경우에는 송신과 수신이 같은 회선을 사용합니다. 양단의 장비간에 연결되는 회선은 단 두가닥으로서 한쪽이 송신을 하면 다른쪽 은 수신을 해야 합니다. 그래서 HALF DUPLEX 방식으로 통신이 이루어 져야 합니다.

2. MULTI DROP에 의한 다자간 통신이 가능하다.

SN75176의 경우 최대 32 points간의 다자간 통신이 가능합니다. 요즈음 새로 나온 RS485 tranceiver IC중에는 256 points를 지원해주는 IC도 있습니다.

3. 종단 저항(terminator resistor)이 사용됩니다.

RS422에서와 같이 RS485에서도 종단 저항이 사용됩니다. 이 종단 저항이라 함은 start point와 end point 양쪽 끝에 저항을 삽입하여 라인간의 impedence를 조정하게 됩니다. 또한 RS485 통신에 사용되는 회선은 impedence가 50오옴의 twist pair를 사용해야 합니다. 이 종단 저항은 일반적으로 100 오옴 저항을 사용하지만 선로 상태에 따라서 가감을 해야 하는 경우가 발생합니다. 만일 100 오옴 종단 저항을 이용해서 통신이 원활히 이루어 지지 않을 경우에는 저항값을 임의로 조정을 해야할 필요가 있습니다.

4. 최고 1.2 Km(4,000 feet)까지 통신이 가능합니다.

다자간의 총 연장 거리로 따졌을때 최고 1.2 Km까지 통신이 가능합니다. 단, 거리에 반비례하여 통신 속도가 떨어진다는 점에 유념 해야 합니다. 통신 속도는 현장에 맞추어 결정해야 할겁니다.

5. MODEM등과 같은 전화 회선과는 달라서 두 가닥의 회선이 서로 바뀌면 안됨니다.

그러므로 A 회선은 A 회선끼리, B 회선은 B 회선끼리 연결 되어야 합니다. 만일 바뀌면 통신도 안될뿐만 아니라 SN75176이 과부하로 망가지게 됩니다.

RS485 통신 시 소프트 웨어적인 고찰

1. 위에서 설명한 바와 같이 RS485 규격은 하드웨어적인 규격입니다. 하지만 RS232나 RS422과 같은 FULL DUPLEX 방식에 의한 통신이 아니고 HALF DUPLEX 방식이므로 그에 따른 소프트웨어적인 기법이 사용되어야 합니다. 보통은 여러 대중의 하나를 HOST로 삼고 나머지는 SLAVE 컨트롤러로 정해놓고서 HOST가 폴링해서 각 SLAVE와 교신하는 방식을 취합니다.

2. 그러므로 HOST의 아이디, 각 SLAVE의 아이디를 서로 고유하게 보유 하고 있어야 원할한 통신망을 유지할수 있을것입니다.

3. RS485 통신을 위한 정해진 PROTOCOL( 통신 규약 )은 없습니다. 그래서 RS485를 사용한 장비 메이커의 PROTOCOL에 따라 프로그램을 작성해야 합니다.