KR101480389B1 - Ｃａｎ 액티브 스위치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스위치 기술을 이용하여 고속의 라우팅과, 지선의 확장을 통해 차량의 CAN 네트워크 자유도를 향상시킨 캔 액티브 스위치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 본 발명은 CAN 버스와 연결되어 CAN 통신 신호를 인터페이스 하는 복수의 CAN 엑세스 포인트; 상기 CAN 엑세스 포인트와 연결되어 상기 CAN 통신 신호를 저장하는 복수의 메모리 버퍼; 및 상기 메모리 버퍼 사이에 CAN 통신 신호를 라우팅하는 라우터를 포함한다. 따라서 스위치 기술을 이용하여 고속의 라우팅과, 지선의 확장을 통해 차량의 CAN 네트워크 자유도를 향상시킬 수 있고, 채널 스위칭을 통해 라우팅을 위한 지연 시간을 감소시킬 수 있으며, 메모리 버퍼간 메시지의 라우팅을 하드웨어적으로 구현함으로써, 저가의 구현이 가능한 장점이 있다.

Description

ＣＡＮ 액티브 스위치{CAN ACTIVE SWITCHING}
본 발명은 CAN 액티브 스위치에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 스위치 기술을 이용하여 고속의 라우팅과, 지선의 확장을 통해 차량의 CAN 네트워크 자유도를 향상시킨 CAN 액티브 스위치에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이, CAN(Controller Area Network) 네트워크는 매우 높은 보안 레벨을 가지는 분산된 실시간 제어를 지원하는 효율적인 시리얼 통신 프로토콜이다.
이러한 CAN 네트워크는 멀티 마스터 지원, 우선순위 처리, 그리고 정교한 오류 검출 등의 장점들을 가져서 산업체, 특히 차량 내부에서 데이터를 전달하기 위한 자동차용 네트워크에서 널리 사용되고 있다.
이러한 CAN은 본연의 중재(Arbitration) 메커니즘으로 인해 실시간성 보장이 가능한 저가의 네트워크이며, 네트워크를 구성하기 위한 케이블링 또한 저가의 버스 방식을 지원한다.
도 1은 일반적인 패시브 버스 형태의 CAN 네트워크 케이블링을 나타낸 것으로, 하나의 주선(1)에 복수의 지선(2)이 연결되어 구성된다.
그러나 이러한 CAN 네트워크 케이블링 방식은 설치비용이 저렴한 장점이 있지만, 동기화 기능의 확보를 위해 주선(1)의 경우 국제 표준에 의하면 30m로 그 길이가 제한되어 있고, 또한 지선에서의 반사파로 인한 노이즈가 필연적이기 때문에 지선의 경우 1m로 길이가 제한되어 네트워크 자유도를 크게 저하시키는 문제점이 있다.
최근 자동차의 급속한 전자화에 따라 이러한 제한 요소는 케이블링을 복잡하게 하는 한가지 요소이며, 이러한 문제점을 해결하기 위해 많은 자동차 제조업체는 게이트웨이(Gateway) 기술을 이용하여 네트워크 자유도를 향상시키고 있다.
도 2는 일반적인 게이트웨이를 이용한 네트워크 연결을 나타낸 것으로, 제 1 CAN 버스(10)와 제 2 CAN 버스(20)로 독립된 2개 이상의 CAN 버스의 사이에 게이트웨이(30)가 설치되어 제 1 및 제 2 CAN 버스(10, 20) 사이의 인터페이스를 제공함으로써, 네트워크 자유도가 향상되도록 하였다.
그러나 게이트웨이(30)는 MCU가 포함되는 고가의 장치로 네트워크를 구성하는 비용이 증가하는 문제점이 있다.
또한, 게이트웨이(30)를 이용한 네트워크는 애플리케이션 계층에서의 개발이 불가피하므로 기반 네트워크 기술과 애플리케이션 기술이 혼재되어 시스템의 복잡도가 증가하는 문제점이 있다.
또한, CAN과 플렉스레이(Flexray) 간의 데이터 송수신이 가능한 기술이 한국 특허등록번호 제10-775516호에 개시되어 있지만, 고속 네트워크 방식으로 사용되는 플렉스레이를 저가의 CAN 네트워크에 적용한 바는 없다.
한국 특허등록번호 제10-775516호
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 스위치 기술을 이용하여 고속의 라우팅과, 지선의 확장을 통해 차량의 CAN 네트워크 자유도를 향상시킨 CAN 액티브 스위치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 CAN 액티브 스위치로서, CAN 버스의 주선 또는 지선 중 어느 하나와 연결되고, 상기 연결된 CNA 버스와 CAN 통신 신호를 인터페이스 하는 복수의 CAN 엑세스 포인트; 상기 복수의 CAN 엑세스 포인트와 연결되어 상기 CAN 통신 신호를 저장하는 복수의 메모리 버퍼; 및 상기 복수의 메모리 버퍼 사이에 라우팅 대상 CAN 통신 신호를 스위칭하여 상기 CAN 통신 신호가 임의의 CAN 엑세스 포인트로 이동되도록 하는 라우터를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 CAN 엑세스 포인트는 CAN 버스의 통신 신호를 중계하는 CAN 트랜시버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 메모리 버퍼는 상기 CAN 엑세스 포인트로 수신되는 CAN 통신 신호를 저장하는 RX 버퍼; 및 상기 CAN 엑세스 포인트로 전송될 CAN 통신 신호를 저장하는 TX 버퍼를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 라우터는 메모리 버퍼 사이에 미리 설정된 경로 배정 정보에 따라 저장된 CAN 통신 신호를 스위칭시키는 라우팅 테이블을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 CAN 액티브 스위치는 FPGA, 또는 ASIC 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 스위치 기술을 이용하여 고속의 라우팅과, 지선의 확장을 통해 차량의 CAN 네트워크 자유도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 채널 스위칭을 통해 라우팅을 위한 지연 시간을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 미리 설정된 정보에 의해 메모리 버퍼간 메시지의 라우팅을 하드웨어적으로 구현함으로써 저가의 구현이 가능한 장점이 있다.
도 1 은 일반적인 패시브 버스 형태의 CAN 네트워크 케이블링을 나타낸 예시도.
도 2 는 일반적인 게이트웨이를 이용한 네트워크 연결을 나타낸 예시도.
도 3 은 본 발명에 따른 CAN 액티브 스위치를 나타낸 블록도.
도 4 는 도 3에 따른 CAN 액티브 스위치의 네트워크 연결 상태를 나타낸 블록도.
도 5 는 도 3에 따른 CAN 액티브 스위치의 라우팅 테이블을 나타낸 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 CAN 액티브 스위치의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 CAN 액티브 스위치를 나타낸 블록도이고, 도 4는 도 3에 따른 CAN 액티브 스위치의 네트워크 연결 상태를 나타낸 블록도이다.
도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 CAN 액티브 스위치(100)는 스위치 기술을 이용하여 고속의 라우팅과, 지선의 확장을 통해 차량의 CAN 네트워크 자유도가 향상될 수 있도록 복수의 CAN 엑세스 포인트(110), CAN 엑세스 포인트 1(110'), CAN 엑세스 포인트 n(110"), 복수의 메모리 버퍼(120), 메모리 버퍼 1(120'), 메모리 버퍼 n(120")와, 라우터(130)를 포함하여 구성되고, 적어도 두 개 이상의 CAN 버스(200, 300) 및 지선(400)이 CAN 액티브 스위치(100)에 연결되어 인터페이스를 수행한다.
상기 CAN 액티브 스위치(100)는 FPGA(Field-Programmable Gate Array), 또는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 중 어느 하나로 이루어지고, 바람직하게는 FPGA로 이루어진다.
상기 CAN 엑세스 포인트(110)는 CAN 버스의 주선 또는 지선과 물리적으로 연결되어 상기 CAN 버스와 CAN 통신 신호를 중계 및 송수신되도록 인터페이스 한다.
또한, 상기 CAN 엑세스 포인트(110)는 CAN 트랜시버를 포함하고, 제 1 CAN 버스(200)와 제 2 CAN 버스(300) 사이 또는 제 1 또는 제 2 CAN 버스(200, 300)와 지선(400) 사이의 통신 신호를 중계하며, 고속 CAN 통신 신호 또는 저속 CAN 통신 신호의 인터페이스를 위한 CAN 트랜시버 등가 회로로 구성할 수도 있다.
또한, 상기 CAN 엑세스 포인트(110)는 적어도 2개 이상 구성되고, 최근 자동차가 4개의 CAN 버스를 지원하며, 지선의 길이가 1m를 초과하는 경우가 4곳 이상 있지 않으므로 8개의 CAN 버스를 물리적으로 연결할 수 있도록 8개의 CAN 엑세스 포인트를 구성하는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 메모리 버퍼(120)는 CAN 엑세스 포인트(110)와 연결되어 송수신되는 CAN 통신 신호를 저장하는 구성으로서, RX 버퍼(120a)와, TX 버퍼(120b)를 포함하여 구성된다.
상기 RX 버퍼(120a)는 CAN 엑세스 포인트(110)로 수신되는 CAN 통신 신호를 저장하는 구성으로서, FIFO(First In First Out)로 구성되고, 상기 RX 버퍼(120a)의 FIFO 크기는 라우터(130)의 처리 속도에 따라 결정되는 것이 바람직하다.
상기 TX 버퍼(120b)는 CAN 엑세스 포인트(110)로 전송되는 CAN 통신 신호를 저장하는 구성으로서, FIFO로 구성되고 상기 TX 버퍼(120b)의 FIFO 크기는 라우터(130)의 처리 속도에 따라 결정되는 것이 바람직하다.
상기 라우터(Router, 130)는 메모리 버퍼(120), 메모리 버퍼 1(120') 및 메모리 버퍼 n(120") 사이에 라우팅(Routing) 대상 CAN 통신 신호를 스위칭을 통해 이동시키는 구성으로서, 예를 들어 라우팅 대상 메시지를 임의의 CAN 엑세스 포인트(110)에 할당된 RX 버퍼(120a)로부터 1개 이상의 다른 CAN 엑세스 포인트 1(110')에 할당된 TX 버퍼 1(120b'), 또는 CAN 엑세스 포인트 n(110")에 할당된 TX 버퍼 n(120") 등으로 스위칭을 통해 이동되도록 한다.
또한, 상기 라우터(130)는 미리 설정된 라우팅 테이블(500)을 구비하고, 상기 라우팅 테이블(500)은 메모리 버퍼들(120, 120', 120") 사이에 CAN 통신 신호를 스위칭하기 위한 CAN 통신 신호의 소스 정보(510)와 목적지 정보(520)(예를 들면, 1번 소스의 'A'신호는 2번 목적지, 2번 소스의 'B'신호는 3번 목적지, 2번 소스의 'C'신호는 1번 목적지, 1번 소스의 'D'신호는 3번 목적지, 3번 소스의 'E'신호는 2번 목적지 등)를 저장함으로써, 채널간의 스위칭을 통해 라우터(130)가 라우팅 과정에서 발생하는 지연 시간이 감소될 수 있도록 한다.
상기 라우팅 테이블(500)에 설정되는 정보는 차종에 따라 상이하게 구성될 수 있다.
따라서 제 1 CAN 버스(200)와, 제 2 CAN 버스(300) 각각의 주선이 예를 들면, CAN 액티브 스위치(100)의 CAN 엑세스 포인트(110), CAN 엑세스 포인트 1(110')에 연결되도록 함으로써, 최대 60m까지 하나의 네트워크처럼 구성하는 것이 가능하게 되고, 상기 제 1 CAN 버스(200)를 통해 임의의 동작을 수행하는 제어기 1a(210), 제어기 1b(220) 및 제어기 1c(230)와, 상기 제 2 CAN 버스(300)를 통해 임의의 동작을 수행하는 제어기 2a(310), 제어기 2b(320) 및 제어기 2c(330)가 연결되어 허용되는 노드의 개수도 2배로 확장될 수 있게 된다.
또한, 최대 1m인 지선(400)의 길이는 예를 들면, CAN 액티브 스위치(100)의 CAN 엑세스 포인트 n(110")에 연결하여 채널간의 스위칭을 통해 별도의 CAN 버스로 구성될 수 있게 함으로써, 네트워크 입장에서는 지선 말단에 해당하는 노드이지만, 1개의 CAN 버스가 가지는 최대 주선 길이인 30m까지 임의의 동작을 수행하는 제어기 3(410)을 연결하여 사용할 수 있게 된다.
또한, 메모리 버퍼들(120, 120', 120") 사이의 스위칭을 위한 라우팅 테이블(500)을 하드웨어적으로 구현함으로써, 고속의 라우팅과 저가의 구현이 가능하게 되고, 지선의 확장을 통해 차량의 CAN 네트워크 자유도를 향상시킬 수 있게 된다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
100 : CAN 액티브 스위치 110 : CAN 엑세스 포인트
110' : CAN 엑세스 포인트 1 110" : CAN 엑세스 포인트 n
120 : 메모리 버퍼 120' : 메모리 버퍼 1
120" : 메모리 버퍼 n 120a : RX 버퍼
120a' : RX 버퍼 1 120a" : RX 버퍼 n
120b : TX 버퍼 120b' : TX 버퍼 1
120b" : TX 버퍼 n 130 : 라우터
200 : 제 1 CAN 버스 210 : 제어기 1a
220 : 제어기 1b 230 : 제어기 1c
300 : 제 2 CAN 버스 310 : 제어기 2a
320 : 제어기 2b 330 : 제어기 2c
400 : 지선 410 : 제어기 3
500 : 라우팅 테이블 510 : 소스 정보
520 : 목적지 정보

Claims (5)

  1. CAN 버스의 주선 또는 지선 중 어느 하나와 연결되고, 상기 연결된 CNA 버스와 CAN 통신 신호를 인터페이스 하는 복수의 CAN 엑세스 포인트(110, 110', 110");
    상기 복수의 CAN 엑세스 포인트(110, 110', 110")와 연결되어 상기 CAN 통신 신호를 저장하는 복수의 메모리 버퍼(120, 120', 120"); 및
    상기 복수의 메모리 버퍼(120, 120', 120") 사이에 라우팅 대상 CAN 통신 신호를 스위칭하여 상기 CAN 통신 신호가 임의의 CAN 엑세스 포인트(110, 110', 110")로 이동되도록 하는 라우터(130)를 포함하는 CAN 액티브 스위치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 CAN 엑세스 포인트(110)는 CAN 버스의 통신 신호를 중계하는 CAN 트랜시버를 포함하는 것을 특징으로 하는 CAN 액티브 스위치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 메모리 버퍼(120)는 상기 CAN 엑세스 포인트(110)로 수신되는 CAN 통신 신호를 저장하는 RX 버퍼(120a); 및
    상기 CAN 엑세스 포인트(110)로 전송될 CAN 통신 신호를 저장하는 TX 버퍼(120b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 CAN 액티브 스위치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 라우터(130)는 메모리 버퍼(120, 120', 120") 사이에 미리 설정된 경로 배정 정보에 따라 저장된 CAN 통신 신호를 스위칭시키는 라우팅 테이블(500)을 포함하는 것을 특징으로 CAN 액티브 스위치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 CAN 액티브 스위치는 FPGA, 또는 ASIC 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 CAN 액티브 스위치.
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