통신의 기초

1. 왜 기계끼리 대화해야 하는가

현대 자동차나 농기계 안에는 수십 개의 ECU(Electronic Control Unit, 전자 제어 장치)가 들어 있다. 엔진을 제어하는 ECU, 변속기를 제어하는 ECU, 브레이크를 제어하는 ECU, 계기판 ECU 등이 각자의 역할을 맡고 있다.

이 ECU들은 서로 정보를 주고받아야 한다. 예를 들어 엔진 ECU가 "현재 회전수는 2000 RPM"이라고 알려주면, 계기판 ECU가 그 값을 화면에 표시한다. 변속기 ECU는 엔진 토크 정보를 받아야 최적의 기어를 선택할 수 있다.

과거 방식: 개별 배선(Point-to-Point)

과거에는 ECU마다 직접 전선을 연결했다. A가 B에게 보내려면 A↔B 전선, A가 C에게 보내려면 A↔C 전선이 필요했다.

graph LR
    subgraph 과거_개별_배선
        E[엔진 ECU] -- 전선 --> D[계기판 ECU]
        E -- 전선 --> T[변속기 ECU]
        E -- 전선 --> B[브레이크 ECU]
        D -- 전선 --> T
        D -- 전선 --> B
        T -- 전선 --> B
    end

ECU가 10개이면 최대 45개의 전선이 필요한다. 전선이 늘어날수록 무게, 비용, 고장 위험이 모두 증가한다.

현대 방식: 버스(Bus) 통신

현대에는 하나의 통신 선로에 모든 ECU를 연결한다.

graph LR
    subgraph 현대_버스_통신
        BUS[통신 버스 선로]
        E2[엔진 ECU] --- BUS
        D2[계기판 ECU] --- BUS
        T2[변속기 ECU] --- BUS
        B2[브레이크 ECU] --- BUS
        S2[센서 ECU] --- BUS
    end

전선 수는 최소화되고, 새로운 ECU를 추가하더라도 버스에 연결만 하면 된다.

그런데 이 버스 선로 위로 실제로 오가는 것은 전기 신호이다. 전기 신호에는 아날로그와 디지털, 두 가지 방식이 있는데, 어떤 방식을 쓰느냐에 따라 통신의 정확성과 신뢰성이 크게 달라진다.

2. 아날로그 vs 디지털 신호

아날로그 신호

아날로그 신호는 연속적으로 변하는 전압값이다. 온도 센서가 0~5V 사이의 전압을 출력한다면, 2.3V, 3.7V, 4.1V처럼 어떤 값이든 가질 수 있다.

문제는 노이즈(잡음)이다. 전선 주변에 모터나 점화장치가 있으면 전압에 미세한 떨림이 생긴다. 아날로그에서는 이 떨림이 그대로 측정값 오차로 이어진다.

디지털 신호

디지털 신호는 0 또는 1, 두 가지 상태만 가진다. 전압이 높으면 1, 낮으면 0이다. 예를 들어 2.5V 이상이면 1, 이하면 0으로 판단한다.

노이즈가 끼어도 전압이 약간 흔들릴 뿐, 0인지 1인지 판단하는 데는 문제가 없다. 이것이 디지털 통신이 노이즈에 강한 이유이다.

비트(Bit): 0 또는 1 하나를 비트라 한다. 8비트를 묶으면 1바이트(Byte)가 되고, 이 단위로 데이터를 표현한다.

이제 데이터가 0과 1의 비트로 표현된다는 것을 알았다. 그렇다면 이 비트들을 전선을 통해 어떻게 보낼까요? 한꺼번에 여러 비트를 보내는 방법과 하나씩 순서대로 보내는 방법이 있다.

3. 직렬 통신 vs 병렬 통신

병렬 통신

여러 비트를 한 번에 전송하는 방식이다. 8비트를 동시에 보내려면 8개의 전선이 필요한다. 짧은 거리에서는 빠르지만, 거리가 길어지면 각 선의 신호 도달 시간이 미묘하게 달라져 오류가 발생한다.

직렬 통신

비트를 하나씩 순서대로 보내는 방식이다. 전선은 1~2개만 필요한다.

병렬: [1][0][1][1][0][0][1][0] → 8개 선으로 동시 전송
직렬: 1→0→1→1→0→0→1→0    → 1개 선으로 순서대로 전송

장거리·고속 통신에서는 직렬이 유리한다. 선이 적으니 전자기 간섭도 줄고, 신호 동기화 문제도 없다.

대표적인 직렬 통신 방식:

4. 버스(Bus)란 무엇인가

버스는 여러 장치가 공유하는 하나의 통신 선로이다. 도시 버스처럼 정해진 노선(선로)에 여러 정류장(장치)이 붙어 있는 구조이다.

버스 구조에서는 한 장치가 메시지를 보내면 버스에 연결된 모든 장치가 그 메시지를 받다. 각 장치는 자신에게 필요한 메시지만 골라서 처리한다.

버스 토폴로지 (선형 버스):

graph LR
    RT1[종단저항 120Ω] --- N1
    N1[ECU A] --- N2[ECU B]
    N2 --- N3[ECU C]
    N3 --- N4[ECU D]
    N4 --- RT2[종단저항 120Ω]

    style RT1 fill:#f9a,stroke:#c55
    style RT2 fill:#f9a,stroke:#c55

버스의 양 끝에는 종단 저항(120Ω)을 달아 신호 반사를 막아야 한다. 이 내용은 CAN 물리 계층 챕터에서 자세히 다룬다.

버스의 장점:

• 전선 수 최소화
• 장치 추가/제거 용이
• 표준 프로토콜 사용 가능

5. 프로토콜이란

프로토콜(Protocol)은 통신 규약이다. 서로 다른 장치가 올바르게 소통하려면 "어떤 형식으로, 어떤 순서로, 어떤 의미로 데이터를 주고받는가"를 미리 약속해야 한다.

편지 봉투 비유

이 봉투 구조 전체를 프레임(Frame)이라 한다.

프로토콜이 없으면 같은 전선에 연결돼도 서로 "말"을 이해할 수 없다. ISOBUS는 농기계 전용 프로토콜로, 트랙터와 작업기가 브랜드가 달라도 통신할 수 있도록 표준을 정의한다.

6. 통신의 기본 용어 정리

프레임 구조 요약:

[ SOF | ID | DLC | 데이터(0~8byte) | CRC | ACK | EOF ]
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