CANopen 프로토콜 이란 (CAN통신)

http://codinghago.tistory.com/75

CAN 프로토콜의 개요와 장단점

 

🚗 CANopen프로토콜

 

1️⃣  CANopen 프로토콜 이란?

 

CANopen은 CAN(Controller Area Network)버스를 기반으로 하는 상위 계층 프로토콜이다. 

 

쉽게 말해, CAN버스를 사용하는 장치들이 서로 더 쉽게, 효율적으로 통신할 수 있도록 규칙을 정한 통신 프로토콜이라고 할 수 있다. 

 

 기본적인 CAN버스만으로도 장치 간 통신이 가능하지만, 제조업체마다 통신 방식을 다르게 설정하면 서로 호한이 어려울 수 있다. 그래서 CANopen은 여러 제조업체의 장치들이 같은 방식으로 데이터를 주고받도록 규칙을 만들어, 호환성을 높이고, 시스템을 표준화 하는 역할을 한다. 

 CANopen은 OSI 7 계층 모델 중에서 물리 계층(Physical Layer)과 데이터 링크 계층(Data Link Layer)을 포함하는 CAN버스 위에서 동작한다. 여기에 추가적으로 네트워크 관리, 프로세스 데이터 교환, 진단 기능 등의 기능을 갖춘 상위 계층 프로토콜을 정의 한다. 

 

 CANopen은 단순한 데이터 전송 뿐만 아니라 네트워크 관리(NMT)기능을 포함하고 있기 때문에 장치의 네트워크 상태관리, 데이터 해석, 명령 수행 기능까지 가능하다. CAN은 물리계층 + 데이터 링크 계층만 포함하지만 CANopen은 전송 계층, 네트워크 계층, 응용 계층까지 포함한다. CAN이 단순한 데이터를 주고 받는 것이였다면 CANopen은 각 노드의 역할과 데이터 형식, 동작 방식까지 규정한다. 

 

CANopen의 프레임 구성은 아래의 그림과 같다. 

 

 즉, CANopen을 이용하면 장치들이 CAN버스를 통신할 수 있고, 특정한 명령어와 데이터를 주고받는 형식이 정해져 있어 쉽게 호환할 수 있다. 

 

 CANopen은 자동화 시스템, 의료 장비 로봇 산업용 기계, 엘리베이터, 자동차 등의 임베디드 시스템에서 많이 사용된다. 예를 들어 로봇 암을 제어하는 여러 개의 모터 드라이버가 있다고 할 때, CANopen을 사용하면 모든 모터 드라이버가 동일한 규칙으로 통신할 수 있어 더 쉽게 제어할 수 있다. 

 

3️⃣ CANopen프로토콜의 주요 특징

✔ 통신 프로파일 

CANopen프로토콜은 3가지의 세부 프로토콜로 구성되어 있다. 디바이스 자체의 개별 노드는 특정 데이터를 가지고 있고 이것을  object라고 한다. 

▪ Service Data Object (SDO) 프로토콜

▪ Process Data Object (PDO)프로토콜

▪ Synchronization Object(SYNC) 프로토콜

이를 통해 실시간 데이터 전송, 장치 설정 및 모니터링, 네트워크 관리 등을 효율적으로 수행한다. 

 

✔ 객체 사전 (object Dictionary)

각 디바이스는 object Dictionary를 가지고 있다. 이것은 디바이스의 모든 변수, 파라미터, 설정등을 포함하는 데이터베이스이다. 이를 통해 장치 간 데이터 교환 및 설정이 표준화 되어 상호 운용성이 향상된다. 

 

✔ 장치 프로파일

CANopen은 다양한 장치 프로파일을 정의하여, 서로 다른 제조업체의 장치들이 동일한 방식으로 동작하도록 한다. 

 

✔ 네트워크 관리

CANopen은 네트워크 관리 NMT프로토콜을 통해 노드의 상태 제어 및 네트워크 모니터링을 수행한다. 

 

4️⃣ CANopen의 주요 통신 객체 

▪ Service Data Object (SDO) 프로토콜

비실시간 데이터 전송에 사용되며, 장치의 설정 파라미터 읽기 / 쓰기 등에 활용된다. 

 

▪ Process Data Object (PDO)프로토콜

실시간 데이터 전송에 사용되며, 주기적 또는 이벤트 기반으로 전송된다. 

 

▪ Synchronization Object(SYNC) 프로토콜

네트워크 내 노드들의 동기화를 위해 사용되며, 주기적인 동기화 신호를 전송한다. 이를 통해 노드 간의 작업을 동기화 할 수 있다. 

 

▪ Network Management(NMT) 프로토콜

네트워크 내 노드의 상태 제어 및 모니터링을 담당한다. 

 

 

5️⃣CANopen의 장점과 단점

🔹 장점

• CAN보다 높은 수준의 통신 지원 (데이터 교환, 장치 관리 포함)
• 다양한 제조사의 장치를 호환 가능 (표준화된 장치 프로파일 제공)
• 실시간 데이터 전송(PDO) 및 장치 설정(SDO) 기능 제공
• 마스터-슬레이브 구조가 아닌 멀티마스터(Multi-Master) 지원 가능

🔻 단점

• CAN보다 복잡한 프로토콜 구조 (설정 및 구현이 까다로움)
• 일반적인 CAN보다 높은 비용 발생 (추가적인 소프트웨어 및 프로세서 요구됨)
• 높은 대역폭을 요구하는 경우 한계가 있음 (고속 데이터 처리에는 CAN-FD가 필요할 수 있음)

 

 

✅ CAN과 CANopen의 차이점

구분CAN (Low-Level Protocol)CANopen (High-Level Protocol)

	CAN	CANopen
역할	비트/프레임 전송	장치 간 네트워크 관리 및 데이터 교환
계층	물리 계층, 데이터 링크 계층만 포함	응용 계층까지 포함
노드 주소	없음 (ID 기반 브로드캐스트)	노드 주소 존재 (각 장치별 고유 ID)
통신 방식	단순 데이터 송수신	명령, 설정, 모니터링, 동기화 가능
주요 용도	자동차, 기본적인 센서 데이터 전송	산업 자동화, 로봇, 의료기기

 

 

 

 

 

 

 

Reference

▪ https://famtech.tistory.com/331

[캔통신] CAN open이란? (CAN-based communication system, CANbus)

 

 

▪ https://developer-depot.tistory.com/entry/CanOpen-Can-%ED%86%B5%EC%8B%A0

CanOpen, Can 통신

 

 

▪ https://m.blog.naver.com/nswve/222026770789

CANOpen이란?

 

 

▪ https://blog.naver.com/motor2662/221197889571

CANopen이란? CANopen사용분야