자동차에 더 많은 카메라, 레이더, 기타 고속 센서 모듈등의 사용이 증가하면서 네트워크 상태를 모니터링하는 일이 점점 복잡해지고 있다. 스마트 센서에 로컬 프로세서를 사용하면 스스로 건강한 상태인지 관리할 수 있지만, 가공되지 않은 로우 데이터 센서는 이 기능을 위해 로컬 마이크로컨트롤러를 사용하지 않으므로 ECU(electronic control unit) 프로세서가 모든 센서를 개별적으로 모니터링해야한다.

그렇다고 하더라도 가공되지 않은 로우 데이터(raw data) 센서가 꼭 무용지물인 것은 아니다. 시리얼라이저/디시리얼라이저(SerDes) 링크 칩셋에 스마트 헬스-모니터링 기능을 통합하면 중앙의 프로세서가 센서들의 동작 상태를 지속적으로 폴링(polling)해야 하는 부담을 덜 수 있다. 이 글은 바로 이러한 구현에 대해서 설명하려고 한다.

다중센서 첨단 운전자 지원 시스템 (ADAS) 

차세대 자동차는 십여 개 이상의 원격 로우 데이터 센서들로 이루어져 있다(그림 1). 모든 센서의 건강 상태를 관리하려면 중앙 ECU 프로세서의 소프트웨어 오버헤드가 늘어난다. 이 ECU는 멀티 센서, 시리얼라이저, 디시리얼라이저, 기타 칩들에 대한 센서 상태, 모듈 전압, 모듈 온도, 링크 동작(양 방향) 같은 요소들을 센서 건강의 전체적인 측면을 위해 모니터링 해야한다. 헬스 모니터링과 하우스키핑 기능을 위해 각각의 원격 센서 모듈에 소형 마이크로컨트롤러를 추가할 수도 있으나 이 방법은 모듈의 크기와 비용만 증가시킨다. 이렇게 하더라도 여전히 중앙ECU는 각기 센서 및 링크를 개별적으로 검사해야 한다.

SerDes 칩셋에 헬스 모니터링 기능을 통합하는 것은 멀티 센서 모듈과 링크에 대해서 통합적인 모니터링을 가능하게 하고, 중앙 ECU는 단일의, 모아진 인터럽트 경고만 받으면 된다.

▲ 그림 1: 자동차 카메라 및 레이더 센서 구현 예제

링크 상태 및 보호

자율 센서 모니터링의 첫 번째 레이어는 링크 통합 자체이다. 링크는 견고한 제어 채널을 제공하면서 링크 데이터 보호와 진단 기능 또한 제공해야 한다. 링크는 케이블 결함(개방, 접지로 단락, Vbatt로 단락 등)과 bit 오류를 모니터링하고 이것을 ECU에 다시 알려준다. SerDes 칩셋을 통해서 순방향 채널과 역방향 채널에 대한 결함을 관리할 수 있다.

더 나아가서 DS90UB953-Q1 시리얼라이저는 시리얼라이저의 데이터 입력에서 패리티 검사를 실시함으로써, 시스템의 잠정적 오류의 근원지가 센서인지 링크인지를 판단하게 한다. 또한 디시리얼라이저의 적응식 이퀄라이저는 헬스 품질을 측정하는 케이블을 제공하고 이는 케이블의 상태가 악화되면 시스템에 경고할 수 있게 한다.

센서 모듈 헬스 진단 

센서의 사용이 늘어나고 시스템의 기능적 안전성이 중요해짐에 따라서 개별 센서 모듈로 어느 정도의 헬스 모니터링 제공이 가능해졌다. DS90UB953-Q1 시리얼라이저는 이러한 요구를 충족하는 다수의 기능들을 통합했다(그림 2). 이 시리얼라이저는 내부적으로 록(lock), 유효 클록, 온도 같은 자신의 상태를 관리한다. 또한 이 시리얼라이저는 전원 공급 전압이나 센서 데이터 오류 같은 외부적 헬스 요소들을 모니터링할 수 있다.

어떤 모니터링 값이 범위를 벗어났을 때 디시리얼라이저로 지속적으로 구성가능한 경고 bit를 전송함으로써 ECU에 경고를 보낸다. 이 시리얼라이저는 또한 센서 모듈의 제어 채널 통신에 오류가 있으면 알려준다. I²C 쓰기 오류가 발생하면 이 시리얼라이저는 오류가 있는 I²C 명령을 전달하지 않음으로써 센서 모듈을 잘못 구성하는 것을 방지한다. 디시리얼라이저는 중앙 ECU로 경고를 전송함으로써 시스템은 제어 데이터 재전송 같은 조치를 취할 수 있다.

▲ 그림 2: 통합형 센서 모듈의 헬스 진단 예제

헬스 상태 취합

DS90UB960-Q1 같은 다중입력 디시리얼라이저 허브는 최대 4개 센서의 상태를 단일 프로그래머블 오픈 드레인 인터럽트 핀으로 애그리게이트(취합)한다(그림 3). 멀티 센서 시리얼라이저 또는 링크 중의 어떤 것이 경고로 전송되면 이 인터럽트는 트리거된다. 그러면 로컬 프로세서가 레지스터 상태를 읽고 위치경고를 확인한다. 디시리얼라이저 인터럽트 핀은 일련의 프로그래머블 변수에 따라서 작동하도록 구성할 수 있다. 이 핀은 오픈 드레인 구조를 사용하므로 다중의 칩들에 인터럽트를 결합함으로써 멀티 인터럽트를 연결해서(와이어 OR’d) 프로세서 I/O 핀을 절약한다.

▲ 그림 3: 멀티 센서 링크의 경고를 취합하는 디시리얼라이저 허브

스마트 센서의 헬스 

오늘날 자동차는 고속 센서의 사용이 빠르게 늘어나면서 점점 더 자율주행 형태로 나아가고 있다. 로우 데이터 센서는 헬스 모니터링 기능을 통합함으로써 결함을 자율적/원격적으로 모니터링하며 프로세서 자원을 절약하고 추가적으로 시스템 보호까지 한다. 이러한 “헬스-스마트” 모듈은 미래의 자동차에 필요한 많은 수의 고속 센서들을 보다 수월하게 구현하게 한다. 이 밖에도 TI는 ADAS 애플리케이션을 위한 다양한 FPD-Link III SerDes 포트폴리오를 제공한다.