KR101566640B1 - 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 can 통신 장치 및 방법, 그 방법을 수행하기 위한 기록 매체 - Google Patents

임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 can 통신 장치 및 방법, 그 방법을 수행하기 위한 기록 매체 Download PDF

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Abstract

임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 장치는, CAN(Controller Area Network) 통신망에서 이중 버스 구조의 이중 채널 및 상기 이중 채널에 연결되는 적어도 하나의 통신 노드를 포함하고, 상기 통신 노드는, 제1 채널과 연결된 제1 CAN 제어기와 제1 CAN 트랜시버; 제2 채널과 연결된 제2 CAN 제어기와 제2 CAN 트랜시버; 및 상기 제1 및 제2 CAN 제어기들과 상기 제1 및 제2 CAN 트랜시버들과 연결되어 메시지를 송수신하고, 메시지의 통신 결함을 탐지하는 FT-DCAN(Fault-Tolerant Dual-CAN) 드라이버를 포함한다. 이에 따라, 통신이 신뢰성과 실시간 성능을 개선할 수 있다.

Description

임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 장치 및 방법, 그 방법을 수행하기 위한 기록 매체{FAULT-TOLERANT DUAL-CAN (FT-DCAN) DEVICE AND METHOD TO TOLERATE ARBITRARY NETWORK FAULTS, RECORDING MEDIUM FOR PERFORMING THE METHOD}
본 발명은 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 장치 및 방법, 그 방법을 수행하기 위한 기록 매체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이벤트를 기반으로 동작하는 CAN(Controller Area Network) 통신에서 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 구조 및 이를 위한 운영 알고리즘에 관한 것이다.
CAN 통신 프로토콜은 비일치 통신결함(inconsistent network fault)에 의해 비일치 메시지 분실을 겪을 수 있는 특징이 있다. 비일치 메시지 분실은 통신망에 포함된 수신노드의 일부에서 발생하는데, 이는 의도하지 않은 부분전파(multicast)를 야기한다. 의도하지 않은 부분전파는 네트워크 기반 시스템에서 심각한 성능저하 또는 시스템 실패의 원인이 될 수 있다.
이러한 임의의 통신망 오류(분실, 불일치, 지연, 중복수신)에 대처하기 위해 제시된 종래의 방식은 시간동기 기반(time-triggered) 혹은 채널동기 기반으로 설계되었으나, CAN 통신의 장점을 유지하면서 실시간 처리에 한계가 있다.
Rufino, Jose, et al. "Fault-tolerant broadcasts in CAN." Fault-Tolerant Computing, 1998. Digest of Papers. Twenty-Eighth Annual International Symposium on. IEEE, 1998. Davis, Robert I., et al. "Controller Area Network (CAN) schedulability analysis: Refuted, revisited and revised." Real-Time Systems 35.3 (2007): 239-272.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 이벤트 기반 CAN 통신의 장점을 유지하면서 통신 신뢰성과 실시간 성능 개선을 위한 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 이벤트 기반 CAN 통신의 장점을 유지하면서 통신 신뢰성과 실시간 성능 개선을 위한 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된 기록 매체를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 장치는, CAN(Controller Area Network) 통신망에서 이중 버스 구조의 이중 채널 및 상기 이중 채널에 연결되는 적어도 하나의 통신 노드를 포함하고, 상기 통신 노드는, 제1 채널과 연결된 제1 CAN 제어기와 제1 CAN 트랜시버; 제2 채널과 연결된 제2 CAN 제어기와 제2 CAN 트랜시버; 및 상기 제1 및 제2 CAN 제어기들과 상기 제1 및 제2 CAN 트랜시버들과 연결되어 메시지를 송수신하고, 메시지의 통신 결함을 탐지하는 FT-DCAN(Fault-Tolerant Dual-CAN) 드라이버를 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 FT-DCAN 드라이버는, 응용 프로세스 및 상기 제1 및 제2 CAN 제어기들과 메시지를 송수신하는 인터페이스부; 이중화된 상기 제1 및 제2 CAN 제어기들을 이용하여 메시지 견실전파(reliable broadcast)를 수행하는 메시지 송수신부; 메시지의 송수신 시간특성을 기반으로 통신결함을 탐지하는 고장 검출부; 및 메시지의 송수신시 발생하는 송수신 시간특성을 상기 고장 검출부에 통지하는 타이머부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 인터페이스부가 상기 응용 프로세스로부터 메시지 송신요청을 수신하는 경우, 상기 메시지 송수신부는 메시지 송신 알고리즘을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 메시지 송수신부는, 상기 제1 및 제2 CAN 제어기들의 버퍼 공간이 사용 가능한지 확인하고, 상기 제1 및 제2 CAN 제어기들 각각에 동일한 메시지를 저장하고, 상기 메시지 송신시 상기 타이머부를 동작시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 메시지 송수신부는, 상기 제1 및 제2 CAN 제어기들의 버퍼 공간이 사용 가능한 경우 인터럽트 허용을 중지시키고, 상기 타이머부를 동작시킨 후 인터럽트 허용을 재개할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 메시지 송수신부는, 상기 제1 및 제2 CAN 제어기들에 각각 대응하는 채널의 메시지 송신완료를 나타내는 변수에 참값을 입력하여, 다른 채널에서 메시지 송신완료를 수행했는지 판단하고, 상기 다른 채널에서 메시지 송신완료를 수행한 경우 상기 인터페이스부를 통해 상기 응용 프로세스에 메시지 송신완료를 통지하고, 상기 다른 채널에서 메시지 송신완료를 수행하지 않은 경우 해당 절차를 종료할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 타이머부는, 각 메시지에 대하여 미리 정해진 메시지 송신 허용시간을 기초로, 상기 송신 허용시간의 초과시 상기 고장 검출부에 통지하고, 상기 고장 검출부는, 메시지 송신 과정에서 상기 제1 및 제2 채널들 중 적어도 하나의 채널에서 메시지 송신을 성공하였을 경우 상기 응용 프로세스에 메시지 송신완료를 통지할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 고장 검출부는 메시지 송신을 성공하지 못한 채널을 영구적 고장으로 판별할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 고장 검출부는 상기 타이머의 설정을 해지하고, CAN 통신을 중단할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 인터페이스부가 상기 제1 및 제2 CAN 제어기들로부터 메시지 수신확인 요청을 수신하는 경우, 상기 메시지 송수신부는 메시지 수신 알고리즘을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 메시지 송수신부는, 메시지 수신확인이 된 채널의 수신횟수를 증가시키고 상기 제1 및 제2 채널들에서 수신된 횟수의 합이 1이면, 해당 메시지를 상기 응용 프로세스로 전달하고, 중복 메시지의 구분을 위한 수신 타이머를 동작시키고, 수신된 횟수의 합이 1이 아니면 해당 메시지를 폐기할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 타이머부는, 각 메시지에 대하여 미리 정해진 메시지 수신 허용시간을 기초로, 상기 수신 허용시간의 초과시 상기 고장 검출부에 통지하고, 상기 고장 검출부는, 각 채널의 메시지 수신 횟수를 의미하는 변수를 초기화하고, 상기 타이머를 초기화할 수 있다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 CAN(Controller Area Network) 통신망에서 이중 버스 구조의 이중 채널 및 상기 이중 채널에 연결되는 적어도 하나의 통신 노드를 포함하고, 상기 통신 노드는 상기 각 채널 별로 독립적으로 구성된 CAN 제어기와 CAN 트랜시버 및 메시지의 통신 결함을 탐지하는 FT-DCAN(Fault-Tolerant Dual-CAN) 드라이버를 포함하는 이중화 CAN 통신 장치를 이용하는, 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 방법은, 응용 프로세스 및 상기 CAN 제어기와 메시지를 송수신하는 단계; 이중화된 상기 CAN 제어기를 이용하여 메시지 견실전파(reliable broadcast)를 수행하는 단계; 각 메시지에 대하여 미리 정해진 메시지 송신 허용시간 및 수신 허용시간을 기초로 메시지의 송수신시 발생하는 송수신 시간특성을 분석하는 단계; 및 상기 메시지의 송수신 시간특성을 기반으로 통신결함을 탐지하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 응용 프로세스로부터 메시지 송신요청을 수신하는 경우, 상기 이중화된 상기 CAN 제어기를 이용하여 메시지 견실전파를 수행하는 단계는, 상기 각 CAN 제어기의 버퍼 공간이 사용 가능한지 확인하는 단계; 상기 각 CAN 제어기의 버퍼 공간이 사용 가능한 경우, 인터럽트 허용을 중지시키는 단계; 상기 각 CAN 제어기에 동일한 메시지를 저장하는 단계; 상기 메시지를 전송하는 단계; 상기 메시지 송신시 타이머부를 동작시키는 단계; 및 인터럽트 허용을 재개하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 각 CAN 제어기에 대응하는 채널의 메시지 송신완료를 나타내는 변수에 참값을 입력하는 단계; 다른 채널에서 메시지 송신완료를 수행했는지 판단하는 단계; 상기 다른 채널에서 메시지 송신완료를 수행한 경우, 상기 응용 프로세스에 메시지 송신완료를 통지하는 단계; 및 상기 다른 채널에서 메시지 송신완료를 수행하지 않은 경우, 해당 절차를 종료하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 메시지의 송수신 시간특성을 기반으로 통신결함을 탐지하는 단계는, 상기 각 메시지의 송신 허용시간이 초과된 경우, 메시지 송신에 성공한 채널을 확인하는 단계; 상기 이중 채널 중 적어도 하나의 채널에서 메시지 송신을 성공하였을 경우, 상기 응용 프로세스에 메시지 송신완료를 통지하는 단계; 상기 타이머의 설정을 해지하는 단계; 및 CAN 통신을 중단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 메시지의 송수신 시간특성을 기반으로 통신결함을 탐지하는 단계는, 메시지 송신을 성공하지 못한 채널을 영구적 고장으로 판별하는 단계; 상기 타이머의 설정을 해지하는 단계; 및 CAN 통신을 중단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 각 CAN 제어기로부터 메시지 수신확인 요청을 수신하는 경우, 상기 이중화된 상기 CAN 제어기를 이용하여 메시지 견실전파를 수행하는 단계는, 메시지 수신확인이 된 채널의 수신횟수를 증가시키는 단계; 상기 이중 채널에서 수신된 횟수의 합을 계산하는 단계; 상기 합이 1이면, 해당 메시지를 상기 응용 프로세스로 전달하는 단계; 중복 메시지의 구분을 위한 수신 타이머를 동작시키는 단계; 및 상기 합이 1이 아니면 해당 메시지를 폐기하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 메시지의 송수신 시간특성을 기반으로 통신결함을 탐지하는 단계는, 상기 각 메시지의 수신 허용시간이 초과된 경우, 각 채널의 메시지 수신 횟수를 의미하는 변수를 초기화하는 단계; 및 상기 타이머를 초기화하는 단계를 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 또 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에는, 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록되어 있다.
이와 같은 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 장치 및 방법에 따르면, 이벤트 기반으로 동작하는 CAN(Controller Area Network) 통신에서 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 구조 및 이를 위한 운영 알고리즘을 제시한다. 이에 따라, 이벤트 기반 CAN 통신에서 메시지 재전송 없이 통신 오류를 극복하여 신뢰성을 확보하고, 또한 확정적 실시간 특성을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 장치의 블록도이다.
도 2는 도 1의 장치에서 메시지 송신요청을 수신하는 절차를 수행하는 흐름도이다.
도 3은 도 1의 장치에서 메시지 송신완료를 수신하는 절차를 수행하는 흐름도이다.
도 4는 도 1의 장치에서 메시지 수신확인 절차를 수행하는 흐름도이다.
도 5는 도 1의 장치에서 메시지 송신 과정에서 고장 검출 절차를 수행하는 흐름도이다.
도 6은 도 1의 장치에서 메시지 수신시간 초과에 따른 메시지 수신준비 절차를 수행하는 흐름도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 장치의 블록도이다.
본 발명은 의도하지 않은 부분전파가 발생하지 않음을 의미하는 메시지 견실전파(reliable broadcast) 특성을 갖도록 독립된 CAN 채널을 기반으로 하는 이중화 통신망을 제시한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 장치(1, 이하 장치)는 특수한 하드웨어가 요구되지 않는 이중 버스 구조의 CAN 통신망으로 구성되며, CAN 제어기와 CAN 트랜시버가 각 채널(CAN 통신 채널) 별로 독립적으로 구성된다.
구체적으로, 이중 버스 구조의 제1 채널(40) 및 제2 채널(60)과 이들과 연결되는 적어도 하나의 통신 노드(10, 20)를 가지며, 상기 통신 노드(10, 20) 각각은 채널들(40, 60)과 독립적으로 연결되는 CAN 제어기들과 CAN 트랜시버들을 포함한다.
예를 들어, 제1 통신 노드(10)는 상기 제1 채널(40)과 연결되는 제1 CAN 제어기(41)와 제1 CAN 트랜시버(42)를 포함하고, 상기 제2 채널(60)과 연결되는 제2 CAN 제어기(61)와 제2 CAN 트랜시버(62)를 포함한다. 마찬가지로, 제2 통신 노드(20)는 상기 제1 채널(40)과 연결되는 제1 CAN 제어기(43)와 제1 CAN 트랜시버(44)를 포함하고, 상기 제2 채널(60)과 연결되는 제2 CAN 제어기(63)와 제2 CAN 트랜시버(64)를 포함한다.
상기 적어도 하나의 통신 노드(10, 20)는 실질적으로 동일한 구성을 가지며 동일한 기능을 수행한다. 따라서, 이하에서는 상기 제1 통신 노드(10)를 대표로 통신 노드로 설명한다.
상기 통신 노드(10)는 사용자 프로그램인 응용 프로세스가 수행되고, 상기 제1 및 제2 CAN 제어기들(41, 61)과 상기 제1 및 제2 CAN 트랜시버들(42, 62)을 이용하여 메시지를 송수신하고, 메시지의 통신 결함을 탐지하는 FT-DCAN(Fault-Tolerant Dual-CAN) 드라이버(100)를 포함한다.
상기 FT-DCAN 드라이버(100)는 독립된 통신 채널(40, 60)을 관리하고, 일관성 있게 메시지 송수신을 수행하며 임의의 통신망 오류에 대처하기 위한 고장검출 알고리즘을 수행한다. 상기 FT-DCAN 드라이버(100)는 인터페이스부(110), 메시지 송수신부(130), 고장 검출부(150) 및 타이머부(170)를 포함한다.
본 발명의 상기 FT-DCAN 드라이버(100)는 메시지 견실전파를 수행하기 위한 소프트웨어(애플리케이션)가 설치되어 실행될 수 있으며, 상기 인터페이스부(110) 등의 구성은 상기 FT-DCAN 드라이버(100)에서 실행되는 상기 메시지 견실전파를 수행하기 위한 소프트웨어에 의해 제어될 수 있다.
상기 FT-DCAN 드라이버(100)는 별도의 장치이거나 또는 장치의 일부 모듈일 수 있다. 또한, 상기 인터페이스부(110) 등의 구성은 통합 모듈로 형성되거나, 하나 이상의 모듈로 이루어 질 수 있다. 그러나, 이와 반대로 각 구성은 별도의 모듈로 이루어질 수도 있다.
상기 FT-DCAN 드라이버(100)는 이동성을 갖거나 고정될 수 있다. 또한, 상기 장치(10)는, 서버(server) 또는 엔진(engine) 형태일 수 있으며, 디바이스(device), 기구(apparatus), 단말(terminal), UE(user equipment), MS(mobile station), 무선기기(wireless device), 휴대기기(handheld device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.
상기 인터페이스부(110)는 상기 응용 프로세스 및 상기 제1 및 제2 CAN 제어기들(41, 61)과 메시지를 송수신하고, 상기 메시지 송수신부(130)는 이중화된 상기 제1 및 제2 CAN 제어기들(41, 61)을 이용하여 메시지 견실전파(reliable broadcast)를 수행한다.
상기 고장 검출부(150)는 메시지의 송수신 시간특성을 기반으로 통신결함을 탐지하고, 상기 타이머부(170)는 메시지의 송수신시 발생하는 송수신 시간특성을 상기 고장 검출부(150)에 통지한다.
본 발명의 장치(10)에서 수행되는 메시지 송수신 알고리즘은 응용 프로세스의 메시지 송신요청 수신에 따른 절차와 CAN 제어기의 메시지 송신완료 수신절차로 나누어진다.
먼저, 메시지를 송신하는 경우의 상기 FT-DCAN 드라이버(100)의 동작을 살펴보면, 상기 응용 프로세스는 상기 FT-DCAN 드라이버(100)의 상기 인터페이스부(110)를 통해 메시지 송신요청을 할 수 있다. 메시지 송신요청 시 상기 FT-DCAN 드라이버(100)의 상기 메시지 송수신부(130)에서는 도 2의 절차에 따라 메시지 전송을 수행한다.
도 2를 참조하면, 상기 메시지 송수신부(130)는 각각의 독립된 CAN 제어기(41, 42)에 버퍼공간을 확인한다(단계 S11). 각각의 CAN 제어기(41, 42)의 사용할 수 있는 버퍼공간이 있는 경우에는, 인터럽트 허용을 중지시키고 각각의 CAN 제어기(41, 42)의 버퍼에 동일한 메시지를 저장한다. 또한, 메시지 전송 시 고장검출을 위한 타이머를 동작시키고, 인터럽트 허용을 재개한다(단계 S13).
이러한 절차는 메시지 전송 시 고장검출을 위해 각각의 CAN 제어기(41, 42)의 버퍼에 메시지가 저장되는 시점 차이를 최소화하기 위함이다. 메시지 전송 시 고장검출을 위한 타이머 동작은 이후에 자세히 설명한다.
상기 CAN 제어기(41, 42)는 해당 채널의 메시지 전송이 완료되면, 상기 인터페이스부(110)를 통해 메시지 전송완료를 알린다. 상기 메시지 송수신부(130)는 도 3의 절차에 따라 메시지 전송완료 절차를 수행한다.
도 3을 참조하면, 상기 메시지 송수신부(130)는 상기 CAN 제어기(41, 42)가 속해있는 채널의 메시지 전송완료를 나타내는 tx_success(this_ch) 변수에 참 값을 입력한다(단계 S21). 이후 다른 채널에서 메시지 전송완료를 수행했는지 판단한다(단계 S23).
다른 채널에서 CAN 제어기로부터 메시지 전송완료 알림을 수신했다면 양쪽 채널에서 모두 영구적 고장이 없이 메시지 전송이 완료되었으므로, 메시지 전송완료를 상기 인터페이스부(110)를 이용해 응용 프로세스에 알린다(단계 S25). 반면, 상기 타이머부(170)로 인한 알람 전에 다른 채널에서 메시지 전송완료가 이뤄지지 않은 경우, 다른 채널의 메시지 전송완료를 기다리기 위해 상기 응용 프로세스에 전송완료를 알리지 않고 해당절차를 종료한다.
한편, 메시지를 수신하는 경우의 상기 FT-DCAN 드라이버(100)의 동작을 살펴보면, CAN 제어기(41, 42)에서 상기 인터페이스부(110)를 통해 메시지 수신을 알리면 메시지 수신절차가 수행된다. 메시지 수신확인 절차는 도 4와 같다.
메시지 수신확인이 된 채널의 수신횟수를 증가시키고, 양쪽 채널(40, 60)에서 수신된 횟수의 합을 구한다(단계 S31). 수신된 횟수의 합이 1이면(단계 S33), 처음 수신된 메시지를 가리키므로, 해당 메시지는 상기 응용 프로세서에 전달된다(단계 S35). 또한, 중복 메시지의 구분을 위한 수신 타이머를 동작시킨다. 수신된 횟수의 합이 1이 아니면 중복된 메시지가 수신된 경우이므로, 해당 메시지는 사용하지 않는다. 이러한 메시지 수신절차는 비일치성 통신망 결함으로 인한 단일 채널의 메시지 분실에 대해 대처할 수 있는 장점을 갖는다.
상기 고장 검출부(150)에서의 고장검출은 메시지 송신 허용시간과 동일 메시지 수신허용시간을 기반으로 수행된다. 상기 타이머부(170)에서 송신 허용시간 계산을 할 수 있도록 송신대기 시점의 시간이 측정되어 상기 타이머부(170)에 입력된다. 또한, 상기 타이머부(170)에서 수신 허용시간 계산을 할 수 있도록 최초 메시지 수신 시점의 시간이 측정되어 상기 타이머부(170)에 입력된다. 각각의 허용시간 초과 시 상기 타이머부(170)는 상기 고장 검출부(150)에 알리고, 이어서 고장검출 절차가 시작된다. 각각의 허용시간에 대한 계산방법은 이후에 자세히 설명한다.
메시지 송신과정에서의 고장 검출절차는 도 5와 같다. 메시지 송신에 성공한 채널을 확인하고(단계 S41, S42), 성공하지 못한 채널을 영구적 고장으로 판별한다(단계 S46). 한 채널에서라도 메시지 송신에 성공했을 경우(단계 S43, S44), 메시지 전송이 성공한 것으로 보고, 상기 응용 프로세스에 메시지 송신성공을 알린다(단계 S45). 이후에는 공통적으로 해당 메시지의 타이머 설정을 해제하고, FT-DCAN 통신을 중지한다(단계 S47). 본 발명에서 제안한 FT-DCAN의 경우, 단일 채널에서 견실한 메시지 전파를 지원하지 않으므로 단일 채널의 영구적 고장 발견 시 통신망을 중단한다.
메시지 수신과정에서는 고장 검출절차를 수행하지 않고, 다음 메시지 수신을 위한 변수 초기화만이 이루어진다(도 6 참조). 이유는 메시지 수신절차를 통해 이미 단일 채널에서 발생하는 메시지 분실고장에 대한 허용 및 복구가 이루어지기 때문이다. 채널의 메시지 수신횟수를 의미하는 dup 변수와 중복된 동일 메시지 허용하는 수신 타이머를 초기화한다(단계 S51).
메시지 송신에 있어 송신요청으로부터 송신완료가 이뤄지는데 걸리는 시간을 메시지의 최대응답시간(worst case response time)이라고 한다. 종래에는 단일 채널에서 발생하는 메시지의 최대응답시간을 분석하였다. 본 발명에서는 독립된 이중화 통신망을 사용하므로, 개별 통신망에 대해 기존의 분석을 사용할 수 있다.
아래의 수학식 1과 수학식 2는 순서대로 각각 메시지의 응답시간과 최대응답시간을 분석한 식을 나타낸다.
[수학식 1]
Figure 112014111746526-pat00001
[수학식 2]
Figure 112014111746526-pat00002
Figure 112014111746526-pat00003
은 상기 응용 프로세스에서 메시지가 생성되어 상기 CAN 제어기(41, 42)의 버퍼에 도달하는데 걸리는 시간을 의미한다.
Figure 112014111746526-pat00004
은 CAN 통신의 송신중재 매커니즘과 일시적 통신망 고장으로 인해 메시지가 CAN 제어기(41, 42)의 버퍼에서 대기하는 시간을 의미한다.
Figure 112014111746526-pat00005
은 통신망의 비트 전송속도에 따라 메시지 프레임이 전송되는데 필요한 물리적인 시간을 의미한다.
본 발명에서 고려되는 독립적 이중화 통신망의 개별 메시지 응답시간분석에서는 기존의 분석이 유효하다. 그러나, 이중화 통신망 전체의 메시지 응답시간 분석을 위해서는 수정이 필요하다. 각각의 통신망을 구분하기 위해서 기존의 응답시간 분석을 위한 수학식 1에서 통신망의 번호를 첨자로 추가하여 아래의 수학식 3으로 나타내었다.
[수학식 3]
Figure 112014111746526-pat00006
각각의 통신망에서 발생하는 버퍼 도달시간과 버퍼 대기시간이 다를 수 있기 때문에 각각
Figure 112014111746526-pat00007
,
Figure 112014111746526-pat00008
,
Figure 112014111746526-pat00009
그리고
Figure 112014111746526-pat00010
으로 구분하였다. 메시지 응답시간의 차이는 아래의 수학식 4와 같이 나타낼 수 있고, 각 통신망에서 발생하는 버퍼 도달시간의 차이가 제한된다고 수학식 5와 같이 가정하면, 메시지 응답시간의 최대오차를 수학식 6과 같이 구할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112014111746526-pat00011
[수학식 5]
Figure 112014111746526-pat00012
[수학식 6]
Figure 112014111746526-pat00013
CAN 통신망의 메시지 응답시간 간의 최대오차의 수학식 6을 바탕으로 일시적 고장을 허용하는 최대 메시지 전송시간을 아래의 수학식 7로 정의할 수 있다. 수학식 7은 영구적 고장을 검출할 수 있는 기반이 된다. 따라서, 이는 앞서 설명한 메시지 송수신 알고리즘과 고장검출 알고리즘을 위한 타이머의 기준 값으로 사용될 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112014111746526-pat00014
메시지 전송차이를 이용하여 동일 메시지의 수신 허용시간을 아래의 수학식 8(여기서,
Figure 112014111746526-pat00015
는 통신망에 속한 모든 타이머 사이에서 발생할 수 있는 최대 클럭 변화율(clock drift rate)을 의미한다)로 정의할 수 있다. 이는 메시지 송수신 알고리즘에서 메시지 최초 메시지 수신 시 수신 타이머 설정 값으로 사용될 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112014111746526-pat00016
이에 따라, 본 발명은 독립된 CAN 버스 통신망을 이중화하고 그 운용 기법 알고리즘을 제시하여, CAN 통신망의 메시지 견실전파를 수행할 수 있다. 이중화 CAN 버스 통신망 운영 알고리즘은 비일치성 고장과 이중화 통신망에서 발생하는 중복 메시지를 제거하며 비일치성 메시지 분실에 대처할 수 있다. 이러한 고장대처 능력으로 인해 본 발명에서 제안한 FT-DCAN 드라이버는 견실 메시지 전파특성을 갖는다.
이와 같은, 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 방법은 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해
실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서는 의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
CAN 통신은 자동차를 포함하여 산업계 전반에서 널리 사용되고 있다. 이에 따라, 본 발명은 CAN의 장점을 유지하면서 신뢰성과 실시간 특성을 개선시킨 것으로, 기존 CAN 시장의 규모를 고려할 때 시장성 및 사업화 전망이 매우 높은 것으로 판단된다. 특히, 고신뢰성 실시간 처리가 요구되는 산업용 통신망(Fieldbus Network)에 유용하게 적용될 수 있고, 나아가 유선통신 분야 전반에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
1: 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 장치
40: 제1 채널 60: 제2 채널
10: 제1 통신 노드 20: 제2 통신 노드
100, 200: FT-DCAN 드라이버 110, 210: 인터페이스부
130, 230: 메시지 송수신부 150, 250: 고장 검출부
170, 270: 타이머부 41, 43: 제1 CAN 제어기
42, 44: 제1 CAN 트랜시버 61, 63: 제2 CAN 제어기
62, 64: 제2 CAN 트랜시버

Claims (20)

  1. CAN(Controller Area Network) 통신망에서 이중 버스 구조의 이중 채널 및 상기 이중 채널에 연결되는 적어도 하나의 통신 노드를 포함하는 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 장치에 있어서, 상기 통신 노드는,
    제1 채널과 연결된 제1 CAN 제어기와 제1 CAN 트랜시버;
    제2 채널과 연결된 제2 CAN 제어기와 제2 CAN 트랜시버; 및
    상기 제1 및 제2 CAN 제어기들과 상기 제1 및 제2 CAN 트랜시버들과 연결되어 메시지를 송수신하고, 상기 이중 채널 전체의 응답시간을 분석할 수 있도록 상기 제1 채널 및 상기 제2 채널 각각의 통신망에서 발생하는 버퍼 도달시간과 버퍼 대기시간을 반영하여 산출한 메시지 송신 허용시간과 동일 메시지 수신 허용시간을 기반으로 메시지의 통신 결함을 탐지하는 FT-DCAN(Fault-Tolerant Dual-CAN) 드라이버를 포함하는, 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 FT-DCAN 드라이버는,
    응용 프로세스 및 상기 제1 및 제2 CAN 제어기들과 메시지를 송수신하는 인터페이스부;
    이중화된 상기 제1 및 제2 CAN 제어기들을 이용하여 메시지 견실전파(reliable broadcast)를 수행하는 메시지 송수신부;
    메시지의 송수신 시간특성을 기반으로 통신결함을 탐지하는 고장 검출부; 및
    메시지의 송수신시 발생하는 송수신 시간특성을 상기 고장 검출부에 통지하는 타이머부를 포함하는, 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 인터페이스부가 상기 응용 프로세스로부터 메시지 송신요청을 수신하는 경우, 상기 메시지 송수신부는 메시지 송신 알고리즘을 수행하는, 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 메시지 송수신부는, 상기 제1 및 제2 CAN 제어기들의 버퍼 공간이 사용 가능한지 확인하고, 상기 제1 및 제2 CAN 제어기들 각각에 동일한 메시지를 저장하고, 상기 메시지 송신시 상기 타이머부를 동작시키는, 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 메시지 송수신부는, 상기 제1 및 제2 CAN 제어기들의 버퍼 공간이 사용 가능한 경우 인터럽트 허용을 중지시키고, 상기 타이머부를 동작시킨 후 인터럽트 허용을 재개하는, 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 메시지 송수신부는, 상기 제1 및 제2 CAN 제어기들에 각각 대응하는 채널의 메시지 송신완료를 나타내는 변수에 참값을 입력하여, 다른 채널에서 메시지 송신완료를 수행했는지 판단하고, 상기 다른 채널에서 메시지 송신완료를 수행한 경우 상기 인터페이스부를 통해 상기 응용 프로세스에 메시지 송신완료를 통지하고, 상기 다른 채널에서 메시지 송신완료를 수행하지 않은 경우 해당 절차를 종료하는, 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 타이머부는, 각 메시지에 대하여 상기 메시지 송신 허용시간을 기초로, 상기 송신 허용시간의 초과시 상기 고장 검출부에 통지하고,
    상기 고장 검출부는, 메시지 송신 과정에서 상기 제1 및 제2 채널들 중 적어도 하나의 채널에서 메시지 송신을 성공하였을 경우 상기 응용 프로세스에 메시지 송신완료를 통지하는, 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 고장 검출부는 메시지 송신을 성공하지 못한 채널을 영구적 고장으로 판별하는, 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 장치.
  9. 제7항 및 제8항의 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 고장 검출부는 상기 타이머의 설정을 해지하고, CAN 통신을 중단하는, 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 인터페이스부가 상기 제1 및 제2 CAN 제어기들로부터 메시지 수신확인 요청을 수신하는 경우, 상기 메시지 송수신부는 메시지 수신 알고리즘을 수행하는, 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 메시지 송수신부는, 메시지 수신확인이 된 채널의 수신횟수를 증가시키고 상기 제1 및 제2 채널들에서 수신된 횟수의 합이 1이면, 해당 메시지를 상기 응용 프로세스로 전달하고, 중복 메시지의 구분을 위한 수신 타이머를 동작시키고, 수신된 횟수의 합이 1이 아니면 해당 메시지를 폐기하는, 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 타이머부는, 각 메시지에 대하여 상기 동일 메시지 수신 허용시간을 기초로, 상기 수신 허용시간의 초과시 상기 고장 검출부에 통지하고,
    상기 고장 검출부는, 각 채널의 메시지 수신 횟수를 의미하는 변수를 초기화하고, 상기 타이머를 초기화하는, 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 장치.
  13. CAN(Controller Area Network) 통신망에서 이중 버스 구조의 이중 채널 및 상기 이중 채널에 연결되는 적어도 하나의 통신 노드를 포함하고, 상기 통신 노드는 상기 각 채널 별로 독립적으로 구성된 CAN 제어기와 CAN 트랜시버 및 메시지의 통신 결함을 탐지하는 FT-DCAN(Fault-Tolerant Dual-CAN) 드라이버를 포함하는 이중화 CAN 통신 장치를 이용하는, 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 방법에 있어서,
    응용 프로세스 및 상기 CAN 제어기와 메시지를 송수신하는 단계;
    이중화된 상기 CAN 제어기를 이용하여 메시지 견실전파(reliable broadcast)를 수행하는 단계;
    각 메시지에 대하여 상기 이중 채널 전체의 응답시간을 분석 할 수 있도록 각 채널 별로 통신망에서 발생하는 버퍼 도달시간과 버퍼 대기시간을 반영하여 산출한 메시지 송신 허용시간과 동일 메시지 수신 허용시간을 기초로 메시지의 송수신시 발생하는 송수신 시간특성을 분석하는 단계; 및
    상기 메시지의 송수신 시간특성을 기반으로 통신결함을 탐지하는 단계를 포함하는, 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 방법.
  14. 제13항에 있어서, 응용 프로세스로부터 메시지 송신요청을 수신하는 경우, 상기 이중화된 상기 CAN 제어기를 이용하여 메시지 견실전파를 수행하는 단계는,
    상기 각 CAN 제어기의 버퍼 공간이 사용 가능한지 확인하는 단계;
    상기 각 CAN 제어기의 버퍼 공간이 사용 가능한 경우, 인터럽트 허용을 중지시키는 단계;
    상기 각 CAN 제어기에 동일한 메시지를 저장하는 단계;
    상기 메시지를 전송하는 단계;
    상기 메시지 송신시 타이머부를 동작시키는 단계; 및
    인터럽트 허용을 재개하는 단계를 포함하는, 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 각 CAN 제어기에 대응하는 채널의 메시지 송신완료를 나타내는 변수에 참값을 입력하는 단계;
    다른 채널에서 메시지 송신완료를 수행했는지 판단하는 단계;
    상기 다른 채널에서 메시지 송신완료를 수행한 경우, 상기 응용 프로세스에 메시지 송신완료를 통지하는 단계; 및
    상기 다른 채널에서 메시지 송신완료를 수행하지 않은 경우, 해당 절차를 종료하는 단계를 더 포함하는, 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 메시지의 송수신 시간특성을 기반으로 통신결함을 탐지하는 단계는,
    상기 각 메시지의 송신 허용시간이 초과된 경우, 메시지 송신에 성공한 채널을 확인하는 단계;
    상기 이중 채널 중 적어도 하나의 채널에서 메시지 송신을 성공하였을 경우, 상기 응용 프로세스에 메시지 송신완료를 통지하는 단계;
    상기 타이머의 설정을 해지하는 단계; 및
    CAN 통신을 중단하는 단계를 포함하는, 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 메시지의 송수신 시간특성을 기반으로 통신결함을 탐지하는 단계는,
    메시지 송신을 성공하지 못한 채널을 영구적 고장으로 판별하는 단계;
    상기 타이머의 설정을 해지하는 단계; 및
    CAN 통신을 중단하는 단계를 포함하는, 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 방법.
  18. 제13항에 있어서, 상기 각 CAN 제어기로부터 메시지 수신확인 요청을 수신하는 경우, 상기 이중화된 상기 CAN 제어기를 이용하여 메시지 견실전파를 수행하는 단계는,
    메시지 수신확인이 된 채널의 수신횟수를 증가시키는 단계;
    상기 이중 채널에서 수신된 횟수의 합을 계산하는 단계;
    상기 합이 1이면, 해당 메시지를 상기 응용 프로세스로 전달하는 단계;
    중복 메시지의 구분을 위한 수신 타이머를 동작시키는 단계; 및
    상기 합이 1이 아니면 해당 메시지를 폐기하는 단계를 포함하는, 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 메시지의 송수신 시간특성을 기반으로 통신결함을 탐지하는 단계는,
    상기 각 메시지의 수신 허용시간이 초과된 경우, 각 채널의 메시지 수신 횟수를 의미하는 변수를 초기화하는 단계; 및
    상기 타이머를 초기화하는 단계를 포함하는, 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 방법.
  20. 제13항 내지 제19항 중 어느 하나의 항에 따른 임의의 통신망 오류에 대처 가능한 이중화 CAN 통신 방법을 수행하기 위한, 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.

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