자동차 컴퓨트 게이트웨이 플랫폼 개발

자동차 아키텍처가 시장의 변화에 맞춰서 진화하고 있다. SOA에 기반한 소프트웨어 정의 자동차가 부상하고 있다. 이를 위해서는 자동차 한 대당 1~3개의 자동차 컴퓨트 플랫폼을 필요로 한다. TI의 새로운 DRA82x 제품군은 바로 이러한 요구를 충족하도록 개발됐다.

오늘날 자동차 업계 내의 크게 세 가지 큰 흐름을 꼽을 수 있다. 반자율 및 자율 자동차로의 전환, 높은 데이터 대역폭을 기반으로 클라우드로 연결된 차량 통신과 전기 동력화의 가속화다. 이러한 추세에 따라서 자동차 아키텍처도 변화가 요구되고 있다. 현행 아키텍처는 저속 CAN/LIN 통신 버스를 사용해서 갈수록 더 많은 숫자의 엔진 제어 유닛(ECU)을 연결하고 있는데, 이러한 아키텍처는 여러 측면에서 한계점을 갖기 때문이다.

특히 소프트웨어 개발, 유지관리, 검증이 복잡하다. 각 ECU에 각기 다른 업체들의 소프트웨어가 사용되는데, 자동차 시스템이 효과적으로 작동하기 위해서는 자동차 내의 시스템 전반에 걸쳐서 소프트웨어들이 매끄럽게 실행되어야 한다. 기존의 시스템에는 기능을 추가하는 것이 복잡하고, 시간이 걸리고, 오류가 발생하기 쉽다. 새로운 기능을 추가해서 자율성이나 연결성을 달성하기 위해서 분산적인 ECU를 사용하는 것이 어렵거나 아예 불가능할 수도 있다.

반자율 및 자율 자동차를 위해서는 다중의 카메라, 레이더, 라이다(LIDAR)를 사용해야 한다. 자동차 내에서 이러한 모든 원시 데이터를 통신하기 위해서 다수의 ECU를 사용해서 기가비트 이더넷을 처리해야 한다. 원시 데이터를 처리해서 의사결정을 하기 위해서는 요구되는 프로세싱과 비용이 증가한다. 또한, 자동차 전기화를 위해서는 배터리가 필수적인데, 현재로서는 높은 배터리 가격이 시스템 예산에서 상당한 비중을 차지한다는 난관이 있다.

‘기능 도메인’으로 묶다

이러한 문제를 극복하기 위해서 지금 당장 도입할 수 있는 방법이 자동차의 부위 별로 또는 동작 별로(예를 들어서 HEV/EV 동작 같은) 기능들을 묶는 것이다.



그림 1은 기능 도메인을 사용한 자동차 컴퓨트 아키텍처 예를 보여준다. 기능 도메인이 다른 도메인들과의 고대역폭 인터커넥트와 나머지 ECU들로의 저대역폭 CAN/LIN 인터커넥트 사이에 게이트웨이로 동작한다. ECU 숫자를 줄임으로써 자동차 내로 배선 양과 커넥터 수를 줄일 수 있고, 비용 또한 상당히 절감할 수 있다.

고대역폭 데이터 프로세싱은 기능 도메인으로 제한함으로써 나머지 ECU들로 센서와 액추에이터 복잡성과 비용을 최소화할 수 있다. 소프트웨어 기능/애플리케이션은 기능 도메인으로만 구현함으로써(다중의 ECU와 업체들에 걸쳐서 분산적인 것이 아니라) 조직화된 소프트웨어 개발을 할 수 있다.

자동차 분야로 소프트웨어 정의 자동차가 부상하고 있다. 이것은 기능 통합을 위해서 한 대의 자동차로 1~3개의 자동차 컴퓨트 플랫폼으로 구성된 아키텍처를 사용하는 것이다.

소프트웨어 정의 자동차를 가능하게 하기 위한 핵심 요소가 서비스 지향적 아키텍처(SOA)이다. SOA 시스템은 느슨하게 결합된 서비스들로 이루어지며 상호운용 가능한 단순한 인터페이스를 통해서 개별 기능들로 통신한다.



SOA의 장점은 하드웨어 독립성, 테스트 간소화, 빠른 구현, 분야간 협력적인 애플리케이션 개발을 들 수 있다. 특히 서비스를 추상적 인터페이스를 사용한 블랙박스로서 제공하므로, 각기 서비스를 구현하기 위해서 반드시 동일 기술이나 동일 업체를 사용하지 않아도 된다.

SOA는 웹 서비스, “서비스로서 소프트웨어”, “서비스로서 플랫폼”(클라우드 컴퓨팅) 같은 분야들에서 오랜 역사를 가지고 있다. 자동차용으로 타이어 압력 정보를 제공하는 간단한 ECU를 예로 들어 보자. 자동차에서는 다양한 애플리케이션으로 타이어 압력 데이터를 사용한다. 오늘날 일반적으로 자동차 정보를 표시하는 인터페이스나 전기차 배터리 관리를 위한 mph 계산기를 들 수 있다. 타이어 압력 ECU를 다른 하드웨어 업체 것으로 교체하거나, 또는 더 큰 다기능 ECU로 통합할 수 있다.

상위 애플리케이션이 이 ECU의 서비스로 추상적 인터페이스를 사용하므로, ECU를 변경하거나 다른 ECU로 통합하더라도 영향을 받지 않는다. 이 타이어 압력 사례의 경우에, 타이어 압력 센서 시스템에 사용되는 부품들을 각기 다른 업체들 것을 사용하거나 각기 다른 센싱 기술을 사용할 수 있다.

자동차 컴퓨트 게이트웨이 플랫폼

자동차 컴퓨트 게이트웨이 플랫폼을 위해서는 플랫폼 당 프로세싱 요구가 당연히 증가하며, 요구되는 프로세싱에 따라서 플랫폼 당 하나 혹은 다중의 컴퓨트 시스템온칩(SoC)을 사용할 수 있다. 컴퓨트 SoC는 플랫폼들 간에 데이터를 효율적으로 공유해야 한다. 컴퓨트 SoC와 대량 저장장치를 연결하는 고대역폭 백본으61로는 PCIe(Peripheral Component Interconnect Express)를 사용하고, 자동차 컴퓨트 플랫폼에서 자동차의 다른 부분으로 고대역폭 통신을 위해서는 기가비트 이더넷을 사용한다.

TI의 DRA829V 애플리케이션 프로세서는 온칩으로 PCIe 스위치를 통합한 최초의 프로세서로서, 컴퓨트 프로세서들 간에 고대역폭 데이터를 공유하고 빠르게 고성능 프로세싱을 가능하게 한다. DRA829V의 PCIe 스위치가 SoC들 간에 데이터를 효율적으로 이동시킨다. 그러므로 중앙 프로세싱 유닛의 개입이나 임시적 저장이 필요하지 않다.

자동차 컴퓨트 플랫폼은 자동차의 나머지 부분과의 데이터 통신을 관리할 수 있어야 한다. DRA829V 프로세서는 나머지 부분과 통신하기 위해서 다중의 전통적인 자동차 CAN-Flexible Data Rate/LIN 인터페이스와 더불어서 박스 바깥과 통신하기 위해서 8포트 기가비트 이더넷 스위치를 포함한다.

일부 기능들에 대해서는 기능안전성이 요구된다. DRA829는 기능안전성과 관련해서 20년 넘게 축적된 경험을 바탕으로 수준이 다양하게 혼합된 프로세싱을 지원할 수 있다. 록스텝 Arm® Cortex™-R5F는 ASIL-D가 가능하고, 전체적인 SoC는 ASIL-B가 가능하다. 또한 포괄적인 온칩 방화벽을 포함함으로써 중요도가 높은 안전성 기능과 안전성과 관련되지 않은 기능 간섭을 염려할 필요 없이 동시적으로 관리할 수 있다.



그림 2는 기존의 자동차 컴퓨트 플랫폼과 DRA829V를 사용한 플랫폼을 비교하고 있다. DRA829V를 사용함으로써 비용, 전력, 물리적 크기를 절반으로 줄일 수 있다.

자동차 아키텍처가 시장의 변화에 맞춰서 진화하고 있다. SOA에 기반한 소프트웨어 정의 자동차가 부상하고 있다. 이를 위해서는 자동차 한 대당 1~3개의 자동차 컴퓨트 플랫폼을 필요로 한다. TI의 새로운 DRA82x 제품군은 바로 이러한 요구를 충족하도록 개발된 것으로서, 이 제품을 사용해서 자동차 회사와 일차 협력사들이 시스템 요구와 비용적 제약을 충족하는 자동차 컴퓨트 플랫폼을 효율적으로 개발할 수 있다.