[테크월드=선연수 기자]
차량용 네트워크 기술 통합
자동차 산업은 수년간 차량 내 네트워킹 기술을 통합하기 위해 노력해 왔다. 업계는 ‘단일 기술 네트워크’를 확보하겠다는 비전을 가지고, 다른 자동차 관련 분야에서 성과가 이미 증명된 이더넷 기술을 채택하고 있다. 이를 통해 자동차 네트워킹 관련 문제를 상당수 해결할 수 있으나, 일부 인포테인먼트(Infotainment), 오디오, 음향 디바이스 등의 사용 사례에서 또 다른 문제를 일으키고 있다.
특히, 오디오 신호 전송은 주요 과제 중 하나로, 고가의 하드웨어와 많은 양의 소프트웨어 컴포넌트를 요구한다. 이로 인해 복잡성과 비용이 커지고, 디자인 리스크와 출시 기간에도 영향을 미친다.
마이크로칩은 추가적인 하드웨어나 소프트웨어 없이도 고품질 서비스, 낮은 지연 시간, 다수의 오디오 채널과 비디오 채널 전송 등 필요한 오디오 기능을 제공하는 새로운 INICnet 기술을 선보였다. 차량 내 네트워크의 다른 부분과 원활하게 연결할 뿐 아니라 소프트웨어 다운로드(OTA(Over The Air) 포함)와 진단 등 다양한 사용 사례를 지원하는 이더넷/IP 채널도 제공한다.
늘어나는 부품을 제어하는 차량 내 통신
그렇다면 이미 많은 표준이 적용되고 있는 자동차 산업에서, 또 새로운 개방형 표준이 필요한 이유는 무엇일까? 그 해답은 자동차 산업이 오늘날 직면하고 있는 문제를 분석해 알아낼 수 있다. 자동차 업계는 빠르게 변화하는 소비자 제품 수명 주기에 대응하는 한편, 비용 절감을 추진하고 이를 위해 더 많은 혁신을 일궈내기 위해 고군분투하고 있다.
이런 도전의 중심에는 차량용 전자 디바이스가 있다. [그림 1]에서 보듯이 일반 차량에 탑재되는 전자 디바이스의 양이 급증했고 차량 전기화(Vehicle Electrification), 운전자 보조 시스템 고도화, 자율 주행과 차량 내 연결성 향상 등 3가지 주요 트렌드가 부상하고 있는 가운데, 차량 내 전자 부품 수의 증가 속도가 느려질 조짐은 보이지 않는다.
이로 인해 차량 내에는 다양한 구성 요소와 인프라 간 방대한 양의 데이터 교환이 일어나게 됐으며, 이 수치는 점점 증가할 것으로 예상된다. 이런 증가세는 차량 내 네트워크(IVN, In Vehicle Networking)에는 또 다른 부담을 가중한다.
차량 내 네트워크는 CAN, 플렉스레이(Flexray), LIN, MOST 등 전통적으로 도메인 기반 네트워크로서 대역폭과 실시간 통신 요건에 따라 다양한 유형의 데이터 처리 전용 태스크를 수행한다. 따라서 도메인 기반 아키텍처를 UTP(Unshielded Twisted Pair, 비차폐연선) 기반 고속 이더넷 백본으로, 네트워킹 요건을 충족하는 백본 접근 방식으로 대체하는 사례가 더욱 보편화하고 있다.
이더넷은 이제 충분히 발달한 기술이면서도 가격 수준도 적절하기 때문에 시장에서 분명한 장점을 가진다. UTP는 신차의 개발 비용, 프로젝트 리스크, 출시 기간 등 여러 항목을 줄일 수 있으나, 기본적으로 차 내 네트워크에서 교환되는 모든 데이터를 패킷 데이터로 사용할 수는 없다.
일례로 인포테인먼트 시스템이나 액티브 노이즈 캔슬레이션(ANC, Active Noise Cancellation)과 같은 음향 애플리케이션, 승객 간 통신에서의 오디오 데이터를 생각해 보자. 이런 애플리케이션을 이더넷 네트워크로 구현하는 것은 오디오 비디오 브릿징(Audio Video Bridging)과 같은 특별한 표준을 적용한다는 의미를 가진다.
이 표준은 동기화, 낮은 지연 시간, 안정성 등 오디오 애플리케이션의 모든 요건을 충족할 수 있으나, 소프트웨어상에서의 구현이 복잡하고 네트워크 처리만으로도 고성능 컴퓨팅 파워가 요구된다. 고성능 마이크로컨트롤러에 복잡한 소프트웨어 스택을 구현한다면 네트워크 표준 적용으로 얻을 수 있는 효과가 모두 사라질 수 있다.
INICnet과 이더넷으로 구축된 네트워크
자동차 업계가 큰 비용을 들이지 않고 오디오, 음향 시설, 인포테인먼트에 대한 네트워크 표준을 구축하는 방법은 무엇일까? 마이크로칩은 이에 대한 답으로 INICnet 기술을 소개한다. 이 기술은 고품질 서비스 오디오와 비디오 채널을 지원하며 2021년에 개방형 ISO 표준이 될 예정이다. 이 채널은 INICnet IC나 린(Lean) 소프트웨어로 관리되기 때문에 네트워크상의 트래픽 처리를 위한 추가 개발 작업을 요구하지 않는다.
INICnet 기술은 UTP나 동축 케이블을 물리 계층(Physical Layer)으로 제공한다. 각 노드에는 MAC 주소가 할당돼 이더넷과도 호환되며 모든 이더넷 관련 메커니즘, 주소 지정 모드(Addressing Mode), 패킷 사이즈를 지원한다.
대역폭 효율은 95% 이상으로 높고, 50Mbps와 150Mbps의 2가지 전송 속도를 지원한다. 두 옵션 모두 링이나 데이지 체인을 지원하며, UTP를 통해 50Mbps를 사용할 수 있고 동축 케이블을 통해 150Mbps를 사용할 수 있다.
INICnet는 팬텀 파워(Phantom Power)를 지원해 여분의 트리거 케이블을 추가하지 않아도 포괄적으로 진단할 수 있다. [그림 2]는 INICnet 기술과 이더넷 네트워크가 어떻게 공존할 수 있는지를 보여 준다. 이렇게 구성된 네트워크 아키텍처는 INICnet 기술에 바탕해 오디오, 비디오 애플리케이션 개발을 지원한다. 오디오나 비디오 데이터를 네이티브 형태로 처리해, 개발자의 복잡한 데이터 변환이나 네트워크 작업을 줄여주고 애플리케이션 개발에 집중할 수 있도록 돕는다.
네이티브 이더넷 패킷을 지원하며 헤드 유닛과 같은 차량 디바이스 중 하나를 통해 차량의 다른 디바이스들과 연결함으로써, 각 INICnet 디바이스에 펌웨어를 무선(OTA)으로 빠르게 업데이트할 수 있다는 것도 장점이다. 각 INICnet 디바이스는 고유한 MAC 주소가 있어 주소를 즉시 할당할 수 있다. 이로 인해 헤드 유닛에 게이트웨이 애플리케이션을 별도로 설치하지 않아도 된다.
INICnet 기술의 이더넷 채널에 ISO/OSI 모델을 적용하는 경우 [그림 3]에서와 같이 2계층만을 커버할 수 있다. 상위 계층으로부터 완전히 추상화할 수 있으며 드라이버 업데이트 후에는 다른 기술을 대상으로 개발된 소프트웨어를 재사용할 수 있다.
시중에는 INICnet IC와 함께 사용할 수 있으며 INICnet 기술의 이더넷 채널을 기존 IP 기반 시스템으로 투명하게 통합할 수 있는 리눅스와 QNX용 드라이버가 출시돼 있다. 개발자는 이 드라이브를 적용함으로써 기반 네트워크 기술이 무엇이든 걱정할 필요가 없다.
다양한 디바이스 최적화를 위한 인터페이스
마이크로칩은 [그림 4]에서 보듯이 ANC, 모터 소리 생성, 노면 소음 제거, 긴급구난시스템(e-call) 등의 기타 저 지연 애플리케이션을 대상으로 완벽한 애플리케이션 특화 제품군을 제공한다. 각각의 INICnet IC는 네트워크 마스터나 네트워크 슬레이브로 구성할 수 있다. 만약, 교통사고 후 네트워크가 손상돼 차량 사용자가 e-call을 수행할 경우 모드를 자동으로 바꿀 수 있다.
마이크로칩의 UNICENS(Unified Centralised Network Stack)는 INICnet 기술의 네트워크 자원 관리와 네트워크 구성(Configuration)을 지원한다. 디바이스 컨트롤과 같은 다른 모든 시스템 관리 기능은 SOME/IP 스택이나 다른 원격 프로시져 호출(RPC) 기법 등 사용 가능한 IP 스택을 통해 지원된다.
오픈 소스 애플리케이션인 UNICENS는 무료로 이용할 수 있다. UNICENS를 활용해 단일 디바이스로 전체 네트워크를 구성하고, 마이크 노드처럼 마이크로컨트롤러가 필요치 않은 디바이스를 실행시킬 수 있다. 네트워크에 스마트 안테나와 같이 이더넷 트래픽만을 처리하는 노드가 있을 시, 어떤 종류의 네트워크 소프트웨어도 포함할 필요가 없다. 더 좋은 점은 생성된 데이터가 네이티브 이더넷일 경우, 마이크로컨트롤러를 사용하지 않아도 노드를 설계할 수 있다는 점이다.
마이크로칩은 올해 INICnet 기술은 담은 제품을 양산할 예정이며, 현재 전 세계 OEM과 티어1(Tier 1) 공급업체들이 기술 평가와 협력에 착수하고 있다.
글: 마이크로칩테크놀로지 K2L 영업 마케팅 매니저
자료제공: 마이크로칩테크놀로지
- 이 글은 테크월드가 발행하는 월간 <EPNC 電子部品> 2020년 10월 호에 게재된 기사입니다.
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