CAN Bit Timing — Prescaler·SJW·BS1·BS2 계산법

# CAN Bit Timing — Prescaler·SJW·BS1·BS2 계산법

## Bit Timing이 왜 필요한가

CAN 버스에 연결된 노드들은 서로 다른 클럭 소스를 쓸 수 있다. 클럭이 조금씩 달라도 같은 순간에 같은 비트를 읽어야 통신이 가능하다. **Bit Timing**은 이 "언제 샘플링할지"를 정의하는 규칙이다.

CAN 컨트롤러는 한 비트를 여러 개의 **Time Quantum(Tq)**으로 잘게 쪼갠다. 그리고 그 Tq들을 세 구간으로 나눈다.

```
┌────────┬─────────────┬─────────┐
│  SYNC  │  Bit Seg 1  │ Bit Seg2│
│  (1Tq) │  (BS1 Tqs)  │(BS2 Tqs)│
└────────┴─────────────┴─────────┘
         ↑
     Sample Point (BS1 끝)
```

## 네 가지 파라미터

MCU의 CAN 레지스터를 설정할 때 반드시 정해야 하는 값이 네 개다.

| 파라미터 | 역할 |
|---------|------|
| **Prescaler** | 시스템 클럭을 몇 분주해서 Tq를 만들지 |
| **SJW** (Synchronization Jump Width) | 클럭 오차 허용 범위. 값이 클수록 더 큰 오차 허용 |
| **BS1** (Bit Segment 1) | Sync 이후 샘플링까지의 Tq 수 |
| **BS2** (Bit Segment 2) | 샘플링 이후 다음 비트 시작까지의 Tq 수 |

SJW 설정 가이드:
- `SJW = 1` → 같은 레이어, 고속, 유사한 발진기끼리
- `SJW = 4` → 혼합 레이어, 저속, 서로 다른 발진기

## 실제 계산 예시 (42MHz MCU, 500kbps 목표)

```
PHB1 클럭: 42 MHz
클럭 디바이더 (Prescaler): 7
→ Tq 시간 = 1 / (42 MHz / 7) = 166.67 ns

목표 BPS: 500 kbps
→ 1 Bit Time = 1 / 500 kbps = 2 μs

→ 최대 Tq 개수 = 2 μs / 166.67 ns = 12 Tq

Sample Point 목표: 75%
→ BS2 = 12 × (1 - 0.75) = 3 Tq
→ BS1 = 12 - 1 (SYNC) - 3 (BS2) = 8 Tq
→ SJW = 1 Tq (전달 지연이 크지 않은 환경)
```

결과값: `Prescaler=7, BS1=8, BS2=3, SJW=1`

Sample Point는 **75%~87.5%** 구간을 목표로 잡는 경우가 많다. 버스 길이가 길거나 노드가 많을수록 낮은 쪽(75% 부근)이 안전하다.

## 직접 계산보다 사이트 활용

Bit Timing 계산은 이해가 중요하지 매번 손으로 풀 필요는 없다. 아래 사이트에 클럭과 목표 속도만 입력하면 자동으로 권장값을 준다.

**[http://www.bittiming.can-wiki.info/](http://www.bittiming.can-wiki.info/)**

MCU 종류별로 필드가 구분되어 있어 바로 적용 가능한 레지스터 값을 얻을 수 있다.

## STM32 HAL 코드로 적용하는 방법

STM32CubeHAL에서는 CAN 초기화 구조체에 파라미터를 직접 넣는다.

```c
CAN_HandleTypeDef hcan1;

hcan1.Instance = CAN1;
hcan1.Init.Prescaler = 7;          /* 시스템 클럭 분주비 */
hcan1.Init.Mode = CAN_MODE_NORMAL;
hcan1.Init.SyncJumpWidth = CAN_SJW_1TQ;  /* SJW = 1 Tq */
hcan1.Init.TimeSeg1 = CAN_BS1_8TQ;      /* BS1 = 8 Tq */
hcan1.Init.TimeSeg2 = CAN_BS2_3TQ;      /* BS2 = 3 Tq */
hcan1.Init.TimeTriggeredMode = DISABLE;
hcan1.Init.AutoBusOff = ENABLE;
hcan1.Init.AutoWakeUp = DISABLE;
hcan1.Init.AutoRetransmission = ENABLE;
hcan1.Init.ReceiveFifoLocked = DISABLE;
hcan1.Init.TransmitFifoPriority = DISABLE;

if (HAL_CAN_Init(&hcan1) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
}
```

`AutoBusOff = ENABLE` 설정은 중요하다. Bus Off 상태가 되었을 때 자동으로 복구 절차를 시작한다. 이를 꺼두면 소프트웨어에서 명시적으로 복구해야 한다.

## CAN FD의 이중 Bit Timing

CAN FD는 **Arbitration Phase**와 **Data Phase**에서 서로 다른 속도를 쓴다. 그 결과 Bit Timing도 두 세트를 설정해야 한다.

```
Arbitration Phase: 느린 속도 (예: 500 kbps)
  → 표준 CAN과 동일하게 Prescaler·BS1·BS2·SJW 설정
  
Data Phase: 빠른 속도 (예: 2 Mbps)
  → FD 전용 레지스터: DataPrescaler·DataSyncJumpWidth·DataTimeSeg1·DataTimeSeg2
```

STM32H7 기준 예:
```c
FDCAN_InitTypeDef fdcanConfig;

fdcanConfig.NominalPrescaler = 5;        /* Arbitration Phase */
fdcanConfig.NominalSyncJumpWidth = 1;
fdcanConfig.NominalTimeSeg1 = 14;
fdcanConfig.NominalTimeSeg2 = 4;

fdcanConfig.DataPrescaler = 1;           /* Data Phase */
fdcanConfig.DataSyncJumpWidth = 4;
fdcanConfig.DataTimeSeg1 = 13;
fdcanConfig.DataTimeSeg2 = 2;
```

Data Phase의 Sample Point는 Arbitration Phase보다 높게(80~85%) 잡는 경우가 많다. 전파 지연이 짧은 구간이기 때문이다.

## 흔한 실수 — Sample Point 불일치

버스에 연결된 두 노드가 서로 다른 Sample Point를 사용하면 가끔씩 메시지가 깨지는 증상이 나타난다. 비트레이트는 같아도 샘플링 타이밍이 달라 가장자리 비트를 엉뚱하게 읽는 것이다.

예방법은 간단하다: **같은 버스에 연결된 모든 노드의 Bit Timing 설정을 통일**한다. CANoe나 CANalyzer로 버스를 모니터링할 때도 동일한 Bit Timing을 잡아야 정상적으로 보인다.

## 다음 챕터에서는

소프트웨어에서 Bit Timing을 맞췄다면, 이번엔 버스 라인에 직접 연결되는 하드웨어 — **CAN 트랜시버**를 살펴본다.

CAN Bit Timing — Prescaler·SJW·BS1·BS2 계산법

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