XML은 언어 자체의 특성상 플랫폼에 독립적이며, 정보의 표현 및 확장이 용이하여 분산된 필드상의 디바이스 정보들을 쉽게 통합할 수 있다. 데이터구조와 스타일 정보가 분리되어 있어 통신 네트워크상의 기기들에 대한 DD 정보제공은 물론 웹 기반 어플리케이션에서도 동시에 활용 가능한 최적의 DD 언어로서 평가되어지고 있다. < 편집자 주>
글: 문용선, 순천대학교 정보통신공학부
이영필, 레드원테크놀러지(주) 부설 로봇연구소
EtherCAT XML 기술
EtherCAT 기반 제어시스템에서의 XML 데이터 처리구조
EtherCAT 통신망을 기반으로 하는 제어시스템에서 마스터 시스템이 네트워크상에 구현된 슬레이브 디바이스와 자유롭게 통신을 하기 위해서는 통신망에 존재하는 슬레이브 디바이스에 대한 인식과 마스터/슬레이브 사이에 통신설정 되어야 한다. EtherCAT 통신망을 기반으로 하는 제어시스템에서 이러한 일련의 과정들을 앞 절에서 언급하였던 XML 기술을 이용하여 그림 2와 같이 처리 한다.
슬레이브 디바이스에 대한 인식 및 표현(Slave XML DD File)
EtherCAT 마스터 시스템의 슬레이브 디바이스에 대한 인식 및 표현은 그림 1에서 알 수 있듯이 Slave application 사용자 및 개발자에 의해 작성된 XML 기반의 DD(Slave description) 파일을 통하여 이루어지게 된다. XML DD 파일 내에는 해당 슬레이브 디바이스에 대한 모든 정보(예: 데이터 타입, 크기, 어드레스, 디바이스 정보 등)들이 포함되어 있으며 실제 새로운 Slave application 개발 시 반드시 사용자 및 개발자에 의해 새롭게 작성이 되어야 한다.
마스터/슬레이브 간의 통신 설정(Master XML Configuration File)
슬레이브 디바이스의 통신을 위한 설정은 XML DD 정보를 기반으로 새롭게 XML 형태로 작성이 되는 Network description(프레임 설정, 사이클 타임 등) 및 Process image description(입출력 프로세스 이미지 영역 설정 등)을 통하여 이루어진다. EtherCAT 시스템에서는 이러한 2가지의 XML Description 정보들을 하나의 XML 파일로서 제공을 하는데 이러한 파일을 EtherCAT 시스템 상에서는 다음의 그림 3과 같은 Master XML configuration 파일로서 명명하여 사용을 한다.
EtherCAT XML slave description(EtherCAT XML slave DD)
EtherCAT 통신 시스템 상에서 EtherCAT 마스터가 네트워크상에 연결된 슬레이브 디바이스를 인식 및 표현하기 위해서는 앞 절에서 언급하였듯이 XML slave DD 파일을 필요로 하는데 이러한 XML slave DD파일의 기본 구성은 그림 4와 같다.
2절의 XML 소개 절에서 언급하였듯이 표준 XML 문서내의 엘리먼트들에 대한 구성 및 구조는 기본적으로 XML 스키마로 정의된다. 그림 3의 EtherCAT XML salve DD 파일 역시 모든 엘리먼트의 구성 및 구조를 표준 EtherCAT XML 스키마 규격의 룰에 따르는 일종의 Valid XML slave DD 파일이라고 할 수 있다. 그러므로 그림 3의 EtherCAT XML slave DD 파일의 구조를 살펴보기 위해서는 EtherCAT XML 스키마를 분석해야 한다. 하지만 EtherCAT XML 스키마 규격은 실제로 방대한 구조로 되어 있으며 이러한 내용을 모든 분석하는 것은 실로 많은 시간이 소요될 것이다. 그러므로 본 문서에서는 실질적으로 EtherCAT 시스템에서 바로 사용이 되는 XML slave DD 파일 기본적인 구조만을 언급하도록 하겠다.
그림 3의 표준 EtherCAT XML slave 스키마에서는 슬레이브 디바이스의 개발 정보를 나타내는 ‘Vendor’와 슬레이브 디바이스의 구조에 대한 정보를 나타내는 ‘Descriptions’ 이렇게 두 가지의 상위 엘리먼트를 기준으로 슬레이브 디바이스를 기술하고 있다. 또한 이러한 엘리먼트들에 대한 세부적인 내용들은 다시 세부의 Group, Device로 정의된 엘리먼트 집합으로 모듈화 되어 기술된다. EtherCAT XML slave DD 파일을 구성하는 최상위 엘리먼트들에 대한 구성 및 정보는 다음의 표 3과 같다.
표 3의 상위 엘리먼트들 중 본 문서에서는 슬레이브 디바이스에 대한 정보를 모듈화 하여 기술하는 가장 핵심이 되는 Device 엘리먼트에 대하여 살펴보겠다. Device 엘리먼트는 다음의 표 4을 통하여 알 수 있듯이 19개의 하위 엘리먼트로 구조화되어 슬레이브 디바이스에 대한 정보를 기술한다. 실제 표 4의 엘리먼트들 역시 훨씬 더 복잡한 세부 엘리먼트들의 구성을 가지고 있으나 이러한 부분에 대한 내용은 생략한다. ( EtherCAT XML slave DD 파일에 대한 세부적인 내용은 EtherCAT Technology Group의 배포자료를 참고바람 http://www.ethercat.org/)
표 5의 정의된 XML 슬레이브 디바이스의 정보를 기술하는 세부 엘리먼트들 역시 표준 EtherCAT XML slave 스키마 규격에 정의가 되어 있으며 반드시 스키마 규격에서 제시한 룰을 따라야 한다. 만약 이러한 EtherCAT XML 스키마의 엘리먼트 작성 및 구조 등에 대한 룰을 따르지 않은 XML slave DD 파일을 작성할 경우 해당 파일은 EtherCAT 시스템 상에서 인식하지 못한다. 다음의 그림 5는 표 3, 4에서 언급한 엘리먼트의 규격을 따른 않는 문서(Invalid XML 문서)와 해당 룰에 따라 잘 정의된 문서(Valid XML 문서)에 대한 예이다.
사실 본 문서에서 언급한 EtherCAT XML Slave DD 파일의 경우 엘리먼트들의 구성 및 기본 의미에 대한 파악도 중요하지만 실제적으로 XML Slave DD 파일의 세부 내용에 대한 표기형식, 작성방법 그리고 상위 EtherCAT Configuration Tool과의 인터페이스 부분이 중요하다.
맺음말
본 문서에서는 산업용 프로토콜 상에서의 기기표현 및 인식을 위한 XML DD기술의 개발 배경 및 표준 산업용 이더넷 프로토콜 EtherCAT 상에서의 XML 데이터 처리 등에 대한 간단한 소개와 더불어 EtherCAT 시스템 적용을 위한 XML DD파일의 구조에 대하여 개념적으로 알아보았다. 이러한 EtherCAT XML slave DD파일의 구조 및 기술 형식만 제대로 알고 사용할 수 있으면 애플리케이션의 구성이 가능하다.
하지만 실제 새롭게 개발한 EtherCAT 슬레이브 디바이스에 대한 XML slave DD 파일을 작성 및 적용하는 것은 기본적으로 EtherCAT 통신 프로토콜에 대한 전반적인 이해를 기반으로 하고 있기 때문에 쉬운 일이 아니다. 그러므로 EtherCAT 시스템 상에서의 XML DD 기술의 적용을 위해서는 먼저 EtherCAT 통신 프로토콜 분석에 보다 먼저 노력을 기울여야 할 것이다.
끝으로 본 문서에서 소개한 EtherCAT XML Slave DD 파일에 대한 내용에 이어서 다음호에서는 EtherCAT XML master configuration 파일에 대한 소개와 더불어 XML 파일의 기본 구조를 정의하는 표준 EtherCAT XML 스키마에 대하여 소개하고자 한다.
아이씨엔 매거진 2006년 11월호