CAN 에러 처리

1. 에러 검출 메커니즘 5가지

CAN은 하드웨어 레벨에서 5가지 독립적인 방법으로 오류를 감지한다. 이 중 하나라도 오류를 감지하면 즉시 에러 프레임을 전송한다.

1-1. Bit Error (비트 에러)

원리: 노드가 비트를 전송하는 동시에 버스를 읽어서, 자신이 보낸 값과 버스의 값이 다르면 오류로 판단한다.

전송한 값: 1 (Recessive)
버스 읽은 값: 0 (Dominant) ← 다른 노드가 0을 보냄
→ Bit Error 발생

예외: 중재(Arbitration) 구간과 ACK 슬롯에서는 Bit Error를 검사하지 않는다. 중재 중 패배하는 것은 정상 동작이기 때문이다.

1-2. Stuff Error (스터프 에러)

원리: 비트 스터핑 규칙에 따르면, 같은 값의 비트 5개 후에는 반드시 반대 비트가 온다. 이 규칙이 위반되면 Stuff Error가 발생한다.

수신된 비트열: 1 1 1 1 1 1 ...
                          ↑ 6번째 동일 비트 → Stuff Error

1-3. CRC Error (CRC 에러)

원리: 송신 노드가 계산한 CRC 값을 프레임에 포함해 전송한다. 수신 노드는 받은 데이터로 직접 CRC를 계산해 프레임의 CRC 필드와 비교한다. 값이 다르면 CRC Error다.

송신 노드 계산 CRC: 0x1A3F
수신 노드 계산 CRC: 0x1A3E  ← 전송 중 비트 변형
→ CRC Error 발생

1-4. Form Error (폼 에러)

원리: CAN 프레임의 특정 필드(CRC Delimiter, ACK Delimiter, EOF)는 반드시 Recessive(1)여야 한다. 이 위치에서 Dominant(0)를 수신하면 Form Error다.

EOF 필드 (반드시 7개 Recessive):
수신: 1 1 1 0 1 1 1
              ↑ Dominant → Form Error

1-5. ACK Error (ACK 에러)

원리: 송신 노드는 ACK Slot을 Recessive로 전송하고, 수신에 성공한 모든 노드가 이 위치를 Dominant로 덮어쓴다(ACK). 아무도 ACK를 보내지 않으면(버스가 Recessive 유지), 송신 노드는 ACK Error를 인식한다.

ACK Slot 전송: 1 (Recessive)
버스 읽기:     1 (Recessive) ← 아무도 ACK 안 함
→ ACK Error 발생

5가지 에러 비교 요약

이 5가지 중 하나라도 오류를 감지하면, 다음 단계는 이를 버스 전체에 알리는 것이다. 이때 사용되는 것이 에러 프레임이다.

2. 에러 프레임

오류를 감지한 노드는 즉시 에러 프레임(Error Frame)을 전송해 버스 전체에 오류 발생을 알린다.

packet-beta
title Error Frame 구조
0-5: "Active Error Flag (6 Dominant bits)"
6-13: "Error Delimiter (8 Recessive bits)"

Active Error Flag (6 Dominant bits)

• 6개의 연속 Dominant(0) 비트
• 이 자체가 Bit Stuffing 규칙 위반이므로, 다른 노드들도 Stuff Error를 감지해 자신의 에러 플래그를 전송함
• 결과적으로 버스에 6~12개의 연속 Dominant 비트가 나타나 버스 전체가 오류를 인지

Error Delimiter (8 Recessive bits)

• 8개의 연속 Recessive(1) 비트
• 에러 프레임의 끝을 알리며, 이후 정상 메시지 전송이 재개될 수 있음

에러 프레임 이후 흐름

sequenceDiagram
    participant TX as 송신 노드
    participant Bus as CAN 버스
    participant RX as 수신 노드

    TX->>Bus: 데이터 프레임 전송 중...
    Note over Bus: 비트 오류 발생
    TX->>Bus: Active Error Flag (6× Dominant)
    RX->>Bus: 자신의 Error Flag 추가 전송
    Note over Bus: Superimposed Error Flags
    Bus-->>TX: Error Delimiter 감지
    Bus-->>RX: Error Delimiter 감지
    Note over TX: Interframe Space 후
    TX->>Bus: 오류 프레임 재전송 시도

에러 프레임이 전송될 때마다 CAN 컨트롤러는 내부적으로 오류 횟수를 기록한다. 이 카운터 값에 따라 노드의 동작이 달라진다.

3. 에러 카운터

CAN 컨트롤러는 TEC(Transmit Error Counter)와 REC(Receive Error Counter) 두 개의 카운터를 유지한다. 이 카운터로 노드의 에러 상태를 추적한다.

TEC (Transmit Error Counter) 증감 규칙

REC (Receive Error Counter) 증감 규칙

그렇다면 카운터가 특정 임계값에 도달하면 어떤 일이 벌어질까? CAN은 카운터 값에 따라 노드의 동작 상태를 세 단계로 구분한다.

4. 에러 상태 천이

TEC와 REC 값에 따라 노드는 3가지 상태 중 하나에 있게 된다.

stateDiagram-v2
    [*] --> ErrorActive: 초기 상태

    ErrorActive: Error Active<br>(정상 동작 상태)<br>TEC < 128 AND REC < 128

    ErrorPassive: Error Passive<br>(제한 동작 상태)<br>TEC >= 128 OR REC >= 128

    BusOff: Bus Off<br>(버스 분리 상태)<br>TEC > 255

    ErrorActive --> ErrorPassive: TEC >= 128 또는 REC >= 128
    ErrorPassive --> ErrorActive: TEC < 128 AND REC < 128
    ErrorPassive --> BusOff: TEC > 255
    BusOff --> ErrorActive: 128 × 11-recessive-bit 시퀀스 감지<br>(자동 복구)

Error Active (에러 활성)

• 초기 상태이자 정상 동작 상태
• TEC < 128, REC < 128
• 오류 감지 시 Active Error Flag (6 Dominant bits) 전송
• 버스에 적극적으로 오류를 알릴 수 있음

Error Passive (에러 패시브)

• TEC >= 128 또는 REC >= 128 시 진입
• 오류 감지 시 Passive Error Flag (6 Recessive bits) 전송
  • Recessive이므로 다른 노드의 신호를 덮어쓰지 못함
  • 버스에 오류를 강제로 알릴 수 없음
• Interframe Space에서 추가 대기 시간(Suspend Transmission, 8 bits) 발생

Bus Off (버스 오프)

• TEC > 255 시 진입
• 노드가 버스에서 완전히 분리됨
• 어떠한 전송도, 수신도 불가능
• 하드웨어 리셋이나 자동 복구 절차를 통해서만 복귀 가능

에러 상태별 동작 비교

5. Bus Off 복구

Bus Off 상태에 진입한 노드는 두 가지 방법으로 복구할 수 있다.

자동 복구 (Auto Recovery)

CAN 컨트롤러는 버스에서 128번의 11-recessive-bit 시퀀스를 감지하면 자동으로 Error Active 상태로 복귀한다.

복구 조건:
버스에서 11개의 연속 Recessive(1) 비트를 128번 감지

[11111111111][11111111111]...[11111111111]
 ← 1번 →     ← 2번 →        ← 128번 →

128회 완료 시 → TEC = 0, REC = 0, Error Active 복귀

11개 연속 Recessive는 인터프레임 스페이스(Interframe Space)와 유휴 버스 상태에 해당한다. 버스가 정상 동작 중이면 이 시퀀스가 자연히 발생한다.

수동 복구 (Manual Recovery)

일부 CAN 컨트롤러는 소프트웨어에서 Bus Off 자동 복구를 비활성화할 수 있다. 이 경우 애플리케이션 코드가 명시적으로 복구를 트리거해야 한다.

/* Example: manually trigger Bus Off recovery */
can_controller_reset(CAN1);          /* Reset the CAN controller */
can_set_mode(CAN1, CAN_MODE_NORMAL); /* Re-enter normal mode */

복구 전략 선택 기준

flowchart TD
    A[Bus Off 발생] --> B{시스템 안전 요구사항}
    B -->|일반 시스템| C[자동 복구 활성화]
    B -->|안전 필수 시스템| D[수동 복구 선택]

    C --> E[128 × 11-recessive 감지 후<br>자동으로 Error Active 복귀]
    D --> F[애플리케이션이<br>오류 원인 분석]
    F --> G{원인 해결됨?}
    G -->|Yes| H[소프트웨어에서<br>수동 복구 명령]
    G -->|No| I[유지보수 요청<br>또는 안전 모드 유지]

다음 챕터

• 다음 : CAN FD