CAN FD 자동차 통신 프로토콜의 특징과 동작방법

오늘은 CAN이후 발전된  “CAN FD(CAN with Flexible Data rate)” 통신에 대해 알아보도록 하겠습니다. CAN FD 통신을 만들게 된 배경과 CAN FD의 특징과  동작 방법에 대해서 설명드릴게요.

차량 통신 기술의 진화(※ 출처: Frost & Sullivan)

차량 내부 네트워크 적용분야 및 대역폭 – 출처: Freescale Technology Forum, 2014

 

1. CAN FD의 등장 배경

Bosch에서 개발한 CAN 통신 네트워크는 약 30년 동안 ECU를 연결하는 De facto Standard 통신 방법이었습니다. 그런데차량 내 데이터 트래픽이 증가하면서 CAN 버스도 더 많은 데이타 트래픽을 할 수 있는 통신 방법이 요구되었습니다. 그래서 개발된 것이 고성능의 FlexRay나 Ethernet등이 있습니다.

이러한 요구사항을 반영하여 2012년에 Bosch사가 CAN FD(CAN with Flexible Data rate)를 발표합니다. 실제로 반도체 업체에서도 기존 CAN Tranceiver에 FD기능을 탑재하여 제품을 출시하고 있습니다. 결국 기존 지배적인 시장을 기반으로 BOSCH사에서 CAN FD를 다시한번 Defacto standard로 만들려고 하고 있습니다.

CAN FD는 자동차 네트워크 내에서 대역폭 요구의 증가를 수용하기 위해 만들어졌다. CAN FD 프로토콜은 명령과 데이터 전송(대기 시간) 사이의 지연을 최소화하여 소프트웨어를 "실시간"에 가깝게 만들었다.

2. CAN FD의 특징

CAN FD는 통신량을 증가시키기 위하여 CAN 프레임에서 더 많은 스토리지 용량을 허용한다. 기존 CAN은 CAN 프레임 내에서 8바이트의 데이터를 저장할 수 있는 용량을 가지고 있지만 CAN FD는 최대 64바이트까지 저장할 수 있다. 이는 대규모 데이터 객체를 전송할 때 상대적 오버헤드가 감소하고 소프트웨어 단순성과 효율성이 개선됨을 통해 달성된다. CAN FD는 또한 CRC 알고리즘의 성능 증가를 통해 감지되지 않은 오류의 수를 감소시켰다. 또한 CAN FD는 기존 CAN 2.0 네트워크와 호환되므로 새로운 프로토콜이 고전적인 CAN과 동일한 네트워크에서 작동할 수 있다. CAN FD는 기존의 CAN보다 최대 30배 빠른 속도로 데이터를 전송하는 것으로 추정되었다. 

3. CAN FD 프레임 구성

CAN과 CAN FD 통신의 프레임의 차이점을 통해 CAN FD 통신의 프레임 구성을 살펴보겠습니다.

CAN과 CAN-FD 프레임 구조 차이점 (출처: Vector E-learning)

Control Field는 6Bits → 9Bits로, Data Field는 최대 8Bits → 64Bits로 확장되었으며 Control Filed에 추가된 비트는 EDL, BRS, ESI이며 DLC 값에 따라 Data Field의 길이 선택합니다.
 

기존 CAN에서 발전한 CAN-FD가 아직은 시장에서 많이 사용되고 있지는 않습니다. 현재의 CAN FD가 전통적인 CAN시장과 충돌하고 있고 CAN FD가 Flexray나 Ethernet과 경쟁하기에는 속도가 느리다. 그래서 CAN FD와 idetity의 확립이 필요하고 CAN이 CAN FD에 의해서 대치되기 시작할 것으로 예산된다.

참고

• CAN FD - A Simple Intro (Incl. Efficiency & Bit Rate Calculator)

CAN FD Explained - A Simple Intro (2019)

• Comparing CAN FD with Classical CAN