CAN Bus Off 진입 조건과 TEC/REC 카운터 변화

자동차와 산업 현장의 신경망을 지키는 기술

우리가 매일 타고 다니는 자동차부터 공장의 거대한 제조 로봇까지, 현대 사회의 움직이는 기계들은 수많은 전자 장치로 이루어져 있습니다. 이 장치들이 서로 소통하는 방식 중 가장 널리 쓰이는 것이 바로 캔 통신입니다. 여러 개의 제어기가 하나의 통신선을 공유하면서 데이터를 주고받기 때문에 매우 효율적이지만, 때로는 노이즈나 하드웨어 고장으로 인해 통신에 문제가 생길 수 있습니다.

통신망 전체가 마비되는 것을 막기 위해 캔 통신은 아주 영리한 자기 진단 시스템을 가지고 있습니다. 그 중심에 있는 것이 바로 오류 카운터와 통신 중단 상태입니다. 통신 라인에 문제가 생겼을 때 시스템이 어떻게 판단하고 스스로를 보호하는지 그 원리를 이해하는 것은 엔지니어뿐만 아니라 관련 기술을 다루는 이들에게 매우 중요합니다.

캔 통신의 기본 구조와 오류 관리의 필요성

캔 통신은 두 가닥의 선을 통해 모든 제어기가 정보를 주고받는 버스 형태의 네트워크입니다. 한 제어기가 말을 할 때 나머지 제어기들은 귀를 기울여 듣는 구조로 되어 있습니다. 중앙에서 전체를 통제하는 마스터가 없기 때문에 각 제어기가 스스로 상황을 판단하고 대처해야 하는 특징이 있습니다.

만약 어떤 제어기에 문제가 생겨서 이상한 신호를 계속 보낸다면 어떻게 될까요. 네트워크 전체가 먹통이 되어 중요한 차량 제어 기능까지 마비될 수 있습니다. 이를 막기 위해 독일의 보쉬사에서 캔 프로토콜을 개발할 때 오류를 감지하고 문제가 있는 장치를 네트워크에서 격리하는 강력한 안전장치를 함께 만들었습니다. 이 안전장치의 핵심이 바로 에러 카운터입니다.

송신 오류 카운터와 수신 오류 카운터의 이해

모든 캔 노드는 내부에 두 가지의 중요한 카운터를 가지고 있습니다. 자신이 보낼 때 발생하는 문제를 세는 송신 오류 카운터와 남이 보낸 것을 받을 때 문제가 생기는 것을 세는 수신 오류 카운터입니다. 이 두 카운터는 통신이 정상적일 때는 내려가고 에러가 발생할 때마다 올라가는 방식으로 작동합니다.

• 송신 오류 카운터는 자신이 메시지를 전송하는 과정에서 에러를 감지하거나 상대방으로부터 응답을 받지 못했을 때 주로 올라갑니다.
• 수신 오류 카운터는 다른 제어기가 보낸 메시지를 제대로 읽지 못하거나 포맷에 문제가 있을 때 올라갑니다.
• 두 카운터 모두 엄격한 규칙에 따라 숫자가 증감하며 통신 상태의 건강 지표 역할을 합니다.

통신 상태가 좋지 않으면 이 숫자들이 순식간에 불어납니다. 특히 일시적인 노이즈인지 아니면 하드웨어가 완전히 고장 난 것인지 구분하는 기준이 바로 이 카운터들의 수치입니다.

에러 상태의 변화와 버스 오프 진입 조건

오류 카운터의 수치에 따라 캔 노드는 세 가지 상태로 나뉘어 동작합니다. 평화로운 상태인 에러 액티브를 거쳐, 문제가 조금 심각해진 에러 패시브를 지나, 결국 통신망에서 완전히 쫓겨나는 버스 오프 상태에 도달하게 됩니다.

대부분의 캔 컨트롤러는 송신 오류 카운터가 255를 넘어서는 순간 버스 오프 상태로 진입하도록 설계되어 있습니다. 이 상태가 되면 해당 제어기는 더 이상 버스에 어떤 신호도 보낼 수 없게 됩니다. 네트워크 전체의 통신을 보호하기 위해 스스로 송신 기능을 차단하는 것입니다.

• 에러 액티브 상태는 카운터가 0에서 127 사이일 때로 정상적으로 에러를 알리고 통신을 계속할 수 있습니다.
• 에러 패시브 상태는 카운터가 128을 넘었을 때로 에러를 감지하더라도 주변 통신에 방해를 주지 않기 위해 수동적으로 변합니다.
• 버스 오프 상태는 송신 카운터가 255를 초과할 때 발생하며 네트워크와의 연결이 완전히 끊어집니다.

실무에서 마주하는 원인과 대처 방법

현장에서 일하다 보면 멀쩡하던 장비가 갑자기 통신을 멈추는 상황을 마주하게 됩니다. 이때 카운터를 모니터링하면 문제가 무엇인지 짐작할 수 있습니다. 주로 물리적인 단선이나 접촉 불량, 혹은 종단 저항의 누락이 원인인 경우가 많습니다.

예를 들어 통신선 주변에 고압 전선이 지나가면서 심한 노이즈를 유발하면 수신 오류 카운터가 급격히 올라갑니다. 또한 송신측의 클럭 주파수가 미세하게 틀어져도 상대방과 동기화가 깨지면서 송신 오류 카운터가 치솟고 결국 버스 오프로 이어지게 됩니다.

하드웨어 점검 순서

• 캔 고와 캔 로우 라인 간의 전압 차이가 규정 범위 내에 있는지 멀티미터로 확인합니다.
• 네트워크 양 끝단에 정확한 저항값이 설치되어 있는지 확인합니다.
• 커넥터 핀에 부식이 생겼거나 헐거워지지 않았는지 육안으로 살펴봅니다.

흔히 하는 오해와 진실

캔 통신에 대해 공부하다 보면 잘못 알려진 상식들을 종종 접하게 됩니다. 통신이 끊어지면 무조건 제어기 자체가 고장 났다고 생각하는 것이 대표적입니다. 하지만 실제로는 외부 환경의 노이즈나 배선 문제인 경우가 훨씬 많습니다.

또 다른 오해는 버스 오프 상태가 되면 제어기를 영구적으로 교체해야 한다는 것입니다. 대부분의 최신 캔 컨트롤러는 버스 오프 상태에 진입하더라도 전원을 재부팅하거나 소프트웨어적으로 복구 루틴을 실행하면 카운터가 초기화되면서 다시 통신을 시도할 수 있습니다. 다만 근본적인 원인이 해결되지 않았다면 다시 버스 오프로 빠지게 되므로 원인 파악이 우선입니다.

비용 효율적인 진단과 예방을 위한 조언

비싼 장비가 없어도 캔 통신 상태를 진단하는 방법은 존재합니다. 최근에는 저렴한 스마트 캔 애널라이저나 라즈베리파이 등을 활용한 오픈소스 모니터링 툴이 많이 나와 있습니다. 이를 활용하면 실시간으로 송신 오류 카운터와 수신 오류 카운터의 변화를 모니터링할 수 있습니다.

개발 단계나 유지보수 현장에서 주기적으로 카운터 값을 로깅하는 시스템을 구축해두면, 통신이 완전히 망가지기 전에 미세한 이상 징후를 미리 포착할 수 있습니다. 예방 정비야말로 불필요한 부품 교체 비용과 장비 다운타임을 줄이는 가장 현명한 방법입니다.

자주 묻는 질문

버스 오프 상태가 되면 차량 운행이 불가능한가요

어떤 제어기가 버스 오프에 빠졌느냐에 따라 다릅니다. 엔진이나 변속기 같은 핵심 제어기라면 안전을 위해 페일 세이프 모드가 작동하여 차량 운행이 제한될 수 있습니다. 반면 시트나 에어컨을 제어하는 통신선에 문제가 생긴 것이라면 해당 기능만 작동하지 않고 운행 자체는 가능할 수 있습니다.

오류 카운터는 전원이 꺼지면 초기화되나요

네, 대부분의 캔 컨트롤러는 휘발성 메모리 기반으로 카운터를 관리하기 때문에 시스템 전원이 차단되면 카운터 값은 초기화됩니다. 하지만 재부팅 후에도 통신 환경이 그대로라면 다시 에러가 누적되어 순식간에 버스 오프 상태로 돌아가게 됩니다.

노이즈를 줄이기 위한 가장 좋은 배선 방법은 무엇인가요

두 가닥의 통신선을 서로 꼬아주는 트위스티드 페어 케이블을 사용하는 것이 가장 기본적이고 효과적입니다. 전자기 간섭을 상쇄시키는 원리이기 때문에 산업 현장이나 자동차에서 필수적으로 적용하고 있습니다.