KR101138248B1 - Ｃａｎ통신 메시지 압축을 위한 가변 길이 압축/복원 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 CAN 통신 네트워크에 관한 것으로, CAN 통신 메시지 압축을 위한 신호의 가변 길이 압축 및 복원방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 임의의 시간 t에서의 각 제어 데이터 신호와 t+△t에서의 각 제어 데이터 신호의 차이값(△t)을 산출하는 신호 차이값 산출부와, 산출된 차이값(△t)을 제어 데이터 신호에 할당된 비트에 따라 할당하고, 할당된 비트의 MSB열부터 1이 적어도 하나 이상있는 열부터 LSB열까지를 전송될 영역으로 추출하는 영역추출부와, 추출된 영역에서 차이값의 LSB열부터 전송될 데이터의 값을 제1 메모리맵의 인덱스 0에서부터 증가시키며 제1 메모리맵에 재배열하여 전송하는 재배열부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 재배열 압축방식을 이용하여 신호의 최대 변화량을 고려하지 않고 필요한 데이터만 전송시켜 압축률을 향상시키고, 신호의 최대 변화량에 관계없이 데이터를 압축하여 신뢰성을 증가시키는 효과가 있다.

Description

ＣＡＮ통신 메시지 압축을 위한 가변 길이 압축/복원 시스템 및 그 방법{System and method for compressing variable length of signal for CAN communication message compression and restoring therefor}

본 발명은 자동차의 CAN 통신 네트워크에 관한 것으로, CAN 통신 메시지 압축을 위한 신호의 가변 길이 압축 및 복원방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차용 네트워크의 표준이라 할 수 있는 CAN(Controller Area Network)은 1986년 2월 SAE(Society of Automotive Engineers, 자동차기술자 협회)에서 독일의 로버트 보쉬사가 제안한 것으로, CAN통신은 마이크로컨트롤러 간의 통신을 위해 설계된 시리얼 네트워크 통신방식으로 여러 개의 CAN 디바이스(device)가 서로 통신할 수 있는 경제적이며 안정적인 네트워크를 제공한다.

이러한 CAN은 오래전부터 와이어의 차량에 널리 사용되어 왔으며 최근 차량에 연결된 센서의 개수가 증가하면서 CAN 통신 버스 로드가 크게 증가하고 있는 추세이다.

버스 로드에 과부하가 걸리면 CAN 프로세서가 중단되거나 메시지 에러가 발생할 수 있으며 특히 ID가 낮은 데이터는 전송되기가 어렵고 전송되지 못한 메시지가 버퍼에 쌓이다가 TX에러를 발생시킨다.

이러한 위험성을 방지하기 위해 CAN채널을 더 개설하여 버스 사용량을 줄이게 되면 와이어의 개수 증가와 CAN 전송모듈이 더 설치되어야하므로 비용이 더 소요된다. 따라서 제공되는 버스를 이용하여 버스로드를 줄이며 CAN통신을 수행하기 위해 CAN압축 알고리즘에 관하여 연구가 진행되었다.

종래, A기술(특허출원 10-2006-0062541)에 따르면 CAN 통신 데이터 송수신에 있어서 신호의 최대 변화량을 고려하여 정해진 변화량 비트를 매번 전송함에 따라 압축효율이 떨어지는 문제점이 있었다. 앞서 종래기술에서 역시 변화량이 0인 경우를 제외하고 정해진 변화량 비트를 매번 전송함에 따라 압축효율이 떨어지는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명에 따른 목적은 재배열 압축방식을 이용하여 신호의 최대 변화량을 고려하지 않고 필요한 데이터만 전송시켜 압축률을 향상시키는데 있다.

그리고 신호의 최대 변화량에 관계없이 데이터가 압축하여 신뢰성을 증가시키는 CAN 통신 메시지 압축을 위한 신호의 가변 길이 압축 및 복원방법을 제공함에 있다.

본 발명은 임의의 시간 t에서의 각 제어 데이터 신호와 t+△t에서의 각 제어 데이터 신호의 차이값(△t)을 산출하는 신호 차이값 산출부; 상기 산출된 차이값(△t)을 상기 제어 데이터 신호에 할당된 비트에 따라 할당하고, 할당된 비트 중, MSB열부터 1이 적어도 하나 이상있는 열부터 LSB열까지의 영역을 전송영역으로 추출하는 영역추출부; 및 제1 메모리맵의 인덱스를 증가시키며 상기 추출된 영역에서 차이값의 LSB열부터 전송될 데이터의 값을 상기 제1 메모리맵에 재배열하여 전송하는 재배열부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, (a) 임의의 시간 t에서의 각 제어 데이터 신호와 t+△t에서의 각 제어 데이터 신호의 차이값(△t)을 산출하는 단계; (b) 상기 산출된 차이값(△t)을 상기 제어 데이터 신호에 할당된 비트에 따라 할당하는 단계; (c) 상기 할당된 비트 중, MSB열부터 1이 적어도 하나 이상있는 열부터 LSB열까지의 영역을 전송될 영역으로 추출하는 단계; 및 (d) 상기 추출된 영역에서 차이값의 LSB열부터 전송될 데이터의 값을 제1 메모리맵의 인덱스 0에서부터 증가시키며 상기 제1 메모리맵에 재배열하여 전송하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 재배열 압축방식을 이용하여 신호의 최대 변화량을 고려하지 않고 필요한 데이터만 전송시켜 압축률을 향상시키는 효과가 있다.

그리고 신호의 최대 변화량에 관계없이 데이터가 압축하여 신뢰성을 증가시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 MCU 개발을 위한 실시간 고장 검출 시스템에 대한 블록도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전송될 영역으로 추출하는 순서도.
도 3는 본 발명의 일실시예에 따른 메모리맵에 데이터가 재구성되는 순서도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 재배열 CAN 압축 데이터 복원방법의 순서도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 차량 신호RPM을 압축 후 복원한 결과 그래프.

본 발명은 임의의 시간 t에서의 각 제어 데이터 신호와 t+△t에서의 각 제어 데이터 신호의 차이값(△t)을 산출하는 신호 차이값 산출부; 상기 산출된 차이값(△t)을 상기 제어 데이터 신호에 할당된 비트에 따라 할당하고, 할당된 비트 중, MSB열부터 1이 적어도 하나 이상있는 열부터 LSB열까지의 영역을 전송영역으로 추출하는 영역추출부; 및 제1 메모리맵의 인덱스를 증가시키며 상기 추출된 영역에서 차이값의 LSB열부터 전송될 데이터의 값을 상기 제1 메모리맵에 재배열하여 전송하는 재배열부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 차이값(△t)은 2진수로 표현되는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게 상기 재배열부는, 상기 추출된 구성영역에서 차이값의 LSB열부터 세로 방향으로 전송될 데이터의 값을 제1 메모리맵의 인덱스 0에서부터 증가시키며 값을 채워 넣어 재배열하는 것을 특징으로 한다.

그리고 바람직하게 수신단으로부터 재배열된 제1 메모리맵 데이터를 수신하고, 제2 메모리맵의 인덱스를 증가시키면서 상기 제1 메모리맵 데이터를 상기 제2 메모리맵의 LSB값부터 재배열하는 재배열 복원부; 및 상기 재배열 복원부의 재배열 결과인 차이값을 원신호에 더해 신호를 복원하는 데이터 복원부; 를 더 포함한다.

한편, (a) 임의의 시간 t에서의 각 제어 데이터 신호와 t+△t에서의 각 제어 데이터 신호의 차이값(△t)을 산출하는 단계; (b) 상기 산출된 차이값(△t)을 상기 제어 데이터 신호에 할당된 비트에 따라 할당하는 단계; (c) 상기 할당된 비트 중, MSB열부터 1이 적어도 하나 이상있는 열부터 LSB열까지의 영역을 전송될 영역으로 추출하는 단계; 및 (d) 제1 메모리맵의 인덱스를 증가시키며 상기 추출된 영역에서 차이값의 LSB열부터 상기 전송될 영역 데이터의 값을 상기 제1 메모리맵에 재배열하여 전송하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 제 (a) 단계는, 상기 차이값(△t)은 2진수로 표현되는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게 상기 제 (d) 단계는, 상기 추출된 구성영역에서 차이값의 LSB열부터 세로 방향으로 전송될 데이터의 값을 제1 메모리맵의 인덱스 0에서부터 증가시키며 값을 채워 넣어 재배열하는 것을 특징으로 한다.

그리고 바람직하게 상기 제 (d) 단계 이후, (e) 수신단으로부터 재배열된 제1 메모리맵 데이터를 수신하고, 제2 메모리맵의 인덱스를 증가시키면서 상기 제1 메모리맵 데이터를 상기 제2 메모리맵의 LSB값부터 재배열하는 단계; 및 (f) 상기 제 (e) 단계의 재배열 결과인 차이값을 원신호에 더해 신호를 복원하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서 본 실시예에 따른 차이값을 임의의 시간 t에서의 각 제어 데이터 신호에 더하여 t+△t에서의 각 제어 데이터 신호를 복원한다.

본 발명의 일실시예에 따른 CAN 통신 메시지 압축을 위한 신호의 가변 길이 압축 시스템 및 방법을 설명하면 다음과 같다.

CAN 프레임의 주요 구성 정보는 아이디(ID), 신호길이(Data Length), 메시지(message)로 구성되고, Data Length는 Message의 바이트 개수 정보를 포함한다.

메시지는 최대 8바이트까지 사용가능하며 바이트 전송 바이트(byte) 개수가 작을수록 버스로드가 작아진다.

다음 표 1은 CAN 데이터 메모리 맵을 나타낸다.

[표 1]

본 실시예에 따른 CAN 통신 메시지 압축을 위한 신호의 가변 길이 압축방법을 이루는 구성을 도 1을 참조하여 설명하면, CAN 데이터 제1 메모리맵(110), 신호 차이값 산출부(120), 영역추출부(130), 재배열부(140)를 포함하여 구성된다.

신호 차이값 산출부(120)는, 임의의 시간 t에서의 제어 데이터 신호(이하, '전 신호')와 t+△t에서의 제어 데이터 신호(이하, '현재 신호')의 차이값을 산출하는 구성이다.

여기서 본 실시예에 따른 제어 데이터 신호는 {sig_A, sig_B, sig_C, sig_D} 4 개의 신호로, 16비트로 할당된 것으로 설정하였다.

이러한 신호 차이값 산출부(120)는 현재 신호값에서 전 신호값을 뺀 차이를 차이값으로 산출한다. 이때 차이값은 2진수로 표현된다.

영역추출부(130)는, 앞서 산출된 차이값을 앞서 할당된 제어 데이터 신호에 따라 16비트로 할당하고, 할당된 MSB열부터 모든 열이 0인 경우를 제외한 영역을 전송될 영역으로 추출하는 기능을 수행한다.

즉, 할당된 MSB열부터 세로방향으로 1이 적어도 하나가 있는 열부터 LSB열까지를 전송될 영역으로 추출한다.

본 실시예에 따른 {sig_A, sig_B, sig_C, sig_D} 4 개의 신호가 16 비트로 할당되어 있고 차이 값을 {-1, 2, -4, 2}로 설정하여 다음의 표 2와 같이 CAN 압축 데이터 전송 영역표현이 가능하다.(단, 부호비트는 LSB에 표시, 차이값이 음수이면 1, 양수이면 0 대입).

[표 2]

표 3에서 차이 값을 원 신호와 같은 16비트로 할당한다. 이때, MSB열부터 모든 열이 0인 경우, 표 1의 메모리 맵의 데이터 구성에서 제외한다.

MSB의 모든 열이 0인 경우를 제외하면 표 3의 회색 영역 같이 전송될 부분이 추출된다.

[표 3]

도 2는 영역추출부에 따른 전송될 영역으로 추출하는 순서도를 개략적으로 나타낸 것이다.

다음으로 재배열부(140)는, 영역추출부를 통해 추출된 구성영역에서 차이값(△sig_A~D)의 LSB열부터 세로 방향으로 전송될 데이터의 값을 제1 메모리맵(110)의 인덱스 0에서부터 증가시키며 값을 채워 넣어 배열하는 기능을 수행한다.

다음의 표 4는 본 실시예에 따른 재배열 방식의 데이터 구성순서를 나타낸다.

[표 4]

도 3은 메모리맵에 데이터가 재구성되는 순서도를 개략적으로 나타낸 것이다.

이러한 재배열 결과 표 5에 나타난 바와 같이, 전송영역이 구성되고, 메모리맵에 재배열된 데이터가 표 6에서와 같이 나타난다.

[표 5]

[표 6]

기존의 데이터 16비트 4개의 신호와 비교해 볼 때, 보낼 데이터 양이 4배로 감소되었음을 알 수 있다.

만약 sig_A 차이값(변화량)이 255인 경우, 다음 표 7과 같이 제 1메모리맵이 구성되어 데이터의 오류가 발생하지 않는다. 따라서 종래기술과 같이, 최대 변화량을 예측하고 예측이 잘못되는 경우 데이터 오류가 발생하는 경우가 존재하지 않는다.

[표 7]

다음으로, 본 실시예에 따른 CAN 통신 메시지 압축을 위한 신호의 가변 길이 복원방법을 이루는 구성을 설명하면, CAN 데이터 제2 메모리맵(210), 재배열 복원부(220), 데이터 복원부(230)를 포함하여 구성된다.

우선 재배열 복원부(220)는 수신단으로부터 수신한 메모리맵의 LSB값부터 CAN 데이터 제2 메모리맵(210)의 인덱스를 증가시키면서 CAN 데이터 제2 메모리맵(제2 메모리맵)의 LSB값부터 재배열하는 구성이다.

이러한 재배열 복원부는 수신단에서 전송받은 ID로 데이터의 개수와 종류를 알고 있는 상태에서 만약 {△sig_A, △sig_B, △sig_C, △sig_D} 4개의 차이 값이 수신되었으면 byte0의 LSB값부터 △sig_A~D의 LSB에 채워 넣고, 이때 byte0의 LSB는 △sig_A의 LSB가 되며 byte0의 LSB+1번째 값은 △sig_B의 LSB가 된다. 그리고 byte1의 LSB는 △sig_A의 LSB+2가 된다.

즉, 압축에서 사용했던 반대방식으로 메모리맵의 인덱스를 증가시키면서 신호의 LSB부터 채워넣으면 메시지(차이값)가 복구된다.

데이터 복원부(230)는 재배열 복원부의 재배열 결과인 차이 값을 원신호에 더해 신호(각 제어 데이터 신호)를 최종적으로 복원하는 기능을 한다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, CAN 통신 메시지 압축을 위한 신호의 가변 길이 압축 및 복원방법은 신호의 길이가 서로 다른 경우, 신호의 길이에 따라 전송될 압축 메모리 맵을 생성한다.

다음 표 8은 신호{sig_A, sig_B, sig_C, sig_D} 신호의 길이가 {16bit, 16bit, 8bit, 8bit}인 경우를 나타낸다.

[표 8]

표 9에서 길이가 긴 △sig_A, △sig_B의 데이터만 회색 부분처럼 메모리맵에 할당됨을 유의하여야 한다. 표 8에서 비트 할당을 표시하기 위해 sig의 비트 순번을 모두 나타내었지만, 표 10에서 모든 열이 0인 경우 전송해야할 범위에서 제외되므로, 실제로는 byte0,1(sig_A[0]~sig_D[3])만 압축되어 전송된다.

[표 9]

[표 10]

차량에서 사용되는 high speed CAN 기술표준 중 EMS1에 관련된 신호가 특정ID로 정해져 있고 RPM, speed, torque 등 정보가 출력된다. 64비트 중 58비트는 1byte 또는 2byte이고 나머지 8비트만이 1비트 또는 2비트로 생성된다. 이때 1비트 또는 2비트는 압축 효율이 작으므로 압축알고리즘을 적용하지 않고 그대로 전송하였다.

본 발명의 일실시예에 따른 CAN 통신 메시지 압축을 위한 가변 길이 압축/복원 시스템을 이용하여 10분가량 차량 로깅 데이터를 가지고 실험한 결과 표 11과 같은 결과를 도출할 수 있다.

[표 11]

110 : 제1 메모리맵
120 : 신호 차이값 산출부
130 : 영역추출부
140 : 재배열부
210 : 제2 메모리맵
220 : 재배열 복원부
230 : 데이터 복원부

Claims (8)

1. 임의의 시간 t에서의 각 제어 데이터 신호와 t+△t에서의 각 제어 데이터 신호의 차이값(△t)을 산출하는 신호 차이값 산출부;
   상기 산출된 차이값(△t)을 상기 제어 데이터 신호에 할당된 비트에 따라 할당하고, 할당된 비트 중, MSB열부터 1이 적어도 하나 이상있는 열부터 LSB열까지의 영역을 전송영역으로 추출하는 영역추출부; 및
   제1 메모리맵의 인덱스를 증가시키며 상기 추출된 영역에서 차이값의 LSB열부터 전송될 데이터의 값을 상기 제1 메모리맵에 재배열하여 전송하는 재배열부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 CAN 통신 메시지 압축을 위한 신호의 가변 길이 압축 및 복원 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 차이값(△t)은 2진수로 표현되는 것을 특징으로 하는 CAN 통신 메시지 압축을 위한 신호의 가변 길이 압축 및 복원 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 재배열부는,
   상기 추출된 구성영역에서 차이값의 LSB열부터 세로 방향으로 전송될 데이터의 값을 제1 메모리맵의 인덱스 0에서부터 증가시키며 값을 채워 넣어 재배열하는 것을 특징으로 하는 CAN 통신 메시지 압축을 위한 신호의 가변 길이 압축 및 복원 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,
   수신단으로부터 재배열된 제1 메모리맵 데이터를 수신하고, 제2 메모리맵의 인덱스를 증가시키면서 상기 제1 메모리맵 데이터를 상기 제2 메모리맵의 LSB값부터 재배열하는 재배열 복원부; 및
   상기 재배열 복원부의 재배열 결과인 차이값을 원신호에 더해 신호를 복원하는 데이터 복원부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CAN 통신 메시지 압축을 위한 신호의 가변 길이 압축 및 복원 시스템.
5. (a) 임의의 시간 t에서의 각 제어 데이터 신호와 t+△t에서의 각 제어 데이터 신호의 차이값(△t)을 산출하는 단계;
   (b) 상기 산출된 차이값(△t)을 상기 제어 데이터 신호에 할당된 비트에 따라 할당하는 단계;
   (c) 상기 할당된 비트 중, MSB열부터 1이 적어도 하나 이상있는 열부터 LSB열까지의 영역을 전송될 영역으로 추출하는 단계; 및
   (d) 제1 메모리맵의 인덱스를 증가시키며 상기 추출된 영역에서 차이값의 LSB열부터 상기 전송될 영역 데이터의 값을 상기 제1 메모리맵에 재배열하여 전송하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 CAN 통신 메시지 압축을 위한 신호의 가변 길이 압축 및 복원방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제 (a) 단계는,
   상기 차이값(△t)은 2진수로 표현되는 것을 특징으로 하는 CAN 통신 메시지 압축을 위한 신호의 가변 길이 압축 및 복원방법.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 제 (d) 단계는,
   상기 추출된 구성영역에서 차이값의 LSB열부터 세로 방향으로 전송될 데이터의 값을 제1 메모리맵의 인덱스 0에서부터 증가시키며 값을 채워 넣어 재배열하는 것을 특징으로 하는 CAN 통신 메시지 압축을 위한 신호의 가변 길이 압축 및 복원방법.
8. 제 5 항에 있어서,
   상기 제 (d) 단계 이후,
   (e) 수신단으로부터 재배열된 제1 메모리맵 데이터를 수신하고, 제2 메모리맵의 인덱스를 증가시키면서 상기 제1 메모리맵 데이터를 상기 제2 메모리맵의 LSB값부터 재배열하는 단계; 및
   (f) 상기 제 (e) 단계의 재배열 결과인 차이값을 원신호에 더해 신호를 복원하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CAN 통신 메시지 압축을 위한 신호의 가변 길이 압축 및 복원방법.

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