자동차 복잡성을 제어하는 방법
통합 운전자 조종석은 자동차 내부의 서로 다른 시스템간에 자유롭게 공유되는 정보를보고 싶어하는 차세대 자동차 구매자에게 더욱 중요 해지고 있으며 필요할 때 운전자가주의를 환기시킵니다.
경우에 따라 기존의 별도 계기판 및 인포테인먼트 화면이 하나의 대형 디스플레이에 결합되었습니다. 여러 개의 디스플레이 화면이 포함 된 다른 시스템에서는 이미 내비게이션 이미지, 카메라 데이터, 오디오 피드 및 고급 운전자 지원 시스템 (ADAS) 센서와 같이 차량 내 여러 소스에서 생성 된 정보를 공유해야합니다.
이러한 데이터 공유 요구 사항으로 인해 사용되는 임베디드 소프트웨어 플랫폼에 대한 새로운 설계 접근 방식과 테스트 및 안전 승인에 대한 새로운 접근 방식이 필요했습니다.
디지털 디스플레이
저렴한 비용으로 고해상도 스크린을 사용할 수있는 디지털 디스플레이 기술의 지속적인 개선은 응용 프로그램의 대중 시장에서 사용 가능 해지고 있음을 의미합니다.
현 세대의 계기판은 기계식 다이얼과 작은 디지털 내장 패널을 결합한 소위 하이브리드입니다. 이러한 장치는 적절한 품질과 성능으로 경제적으로 실행 가능해지면서 점차 완전 디지털 패널로 대체되고 있습니다.
완전 디지털 패널은 다양한 주행 모드 또는 정보 환경 설정을 지원하는 동적 재구성 및 미래의 차량 개인화를위한 많은 범위를 포함하여 기계적 전신에 비해 몇 가지 장점을 제공합니다.
차량 수명 전반에 걸친 소프트웨어 업데이트로 인해 디스플레이 애플리케이션을 업그레이드하여 새로운 기능을 제공 할 수 있으며 차량 제조업체를위한 추가적인 매출 흐름을 잠재적으로 열 수 있습니다. 디지털 클러스터의 일반적인 아키텍처 스택은 위의 그림 1에 나와 있습니다.
단일 디스플레이 데이터 통합
그림 1의 예제와 같은 대형 화면 디스플레이는 시각적으로 매력적 일 수 있지만 임베디드 소프트웨어 디자이너에게는 커다란 도전 과제입니다.
화면 해상도가 높아지면 연관된 최적의 드라이버 소프트웨어로 화면을 깜박임없이 유지하는 데 더 강력한 그래픽 처리 장치 (GPU)가 필요합니다.
초당 60 프레임의 성능은 일반적으로 편안하게 볼 수있게하기 위해 필요한 최소한의 것으로 인정됩니다.
다양한 소스의 다양한 그래픽 객체 또는 비디오 피드를 표시하는 것은 하나의 디스플레이에 정보를 성공적으로 배치하고 안전에 필수적인 소위 정상 세계 데이터를 적절히 분할 할 수있는 방법입니다.
안전에 대한 강조가 계속 증가함에 따라 터치 스크린 기반 시스템은 운전자와 통신 할 수있는 많은 양의 시각적 데이터가있을 때 덜 매력적입니다. 스티어링 휠 버튼, 제스처 및 음성 명령을 통한 시스템 제어는 운전자의 정신을 덜어주기 때문에 선호됩니다.
하드웨어에서 보드 지원 패키지, 운영 체제 및 사용자 인터페이스 (HMI) 응용 프로그램에 이르기까지 완벽한 응용 프로그램 스택을 구성하는 것은 일반적으로 서로 다른 기술 제공 업체의 도움을 필요로합니다.
안전에 필수적인 아키텍처
임베디드 아키텍처의 경우 모든 디자인의 안전에 필수적인 요소는 격리 된 안전 인증 운영 체제에서 실행되어야하며 간섭을 통해 손상 될 수있는 '정상적인 세계'기능과는 분명히 구분되어야합니다.
차량 제조업체는 일반적으로 소프트웨어 산출물과 함께 임베디드 소프트웨어 공급 업체가 제공하는 '안전 인위 유물'을 요청할 것입니다. 이러한 결과에는 테스트의 증거, 고장 모드를 포함한 모든 작동 모드에 대한 철저한 문서화, 소프트웨어 요구 사항에 대한 추적 성 등이 포함될 수 있습니다.
ASIL 안전 등급이 높을수록 검증 및 인증 프로세스가 엄격 해지고 임베디드 소프트웨어 구성 요소의 최종 비용이 발생합니다. 가장 엄격한 ASIL D 안전 요구 사항을 적절히 충족 시키려면 내장 된 소프트웨어 및 하드웨어 중복성을 갖춘 내결함성 설계가 필요합니다.시스템 레벨에서 이것은 신호의 중복 연결 경로, 중복 된 하드웨어 및 오류 복구 (fail-safe) 작동 모드를 의미 할 수 있습니다. 임베디드 소프트웨어 수준에서 안전 아키텍처는 분리 된 운영 체제, 프로세스 모니터링 워치 독 및 감지 된 예외 또는 오류가 발생할 경우 트리거되는 경고를 포함합니다.
통합 ECU
현대 럭셔리 자동차는 60-100 개의 전자 제어 유닛 (ECU)을 포함 할 가능성이 있습니다. 간단한 스케줄러에 이르기까지 다양한 운영 체제. 및 실시간 운영 시스템 (RTOS)을 통해 복잡한 다중 기능 Linux TM 기반 운영 체제 또는 통신 게이트웨이, 도메인 컨트롤러, 인포테인먼트 및 드라이버 정보 시스템을 지원하는 유사한 임베디드 플랫폼에 이르기까지 다양합니다.
기능을 통합하는 추세는 자동차 산업에서 잘 진행되고 있으며 일부 기능을 결합하여 와이어 하네스 중량 및 연결 복잡성을 최적화 할 수 있습니다. 일부 ECU 하드웨어를 제거하여 전체 비용과 부품 수를 절약 할 수 있습니다. 소프트웨어 응용 프로그램의 복잡성은 테스트 및 인증에 많은 어려움을 낳습니다. 테스트 할 코드가 많을수록 유스 케이스가 누락되거나 예기치 않은 동작이 발생할 위험이 커집니다.
임베디드 소프트웨어에 분해 기능을 적용하면 독립 실행 형 안전 인증 운영 체제에서 안전이 중요한 구성 요소를 독립적으로 실행할 수 있으며, 일반적으로 복잡한 구성 요소는 호스팅 할 수있는 Linux TM와 같은 복잡한 운영 체제에서 실행할 수 있습니다 풍부한 그래픽 지원 및 복잡한 어플리케이션.
운영 체제에 안전 인증을 제공한다는 것은 주어진 입력 세트에 대해 가능한 모든 응답을 확인하는 것을 의미합니다. Linux와 같은 고급 운영 체제의 경우 가능한 상태 및 응답 수가 매우 커지고 엄격한 테스트 및 인증 표준을 충족하는 데 많은 시간과 비용이 소요됩니다.
운영 체제의 크기와 범위를 줄임으로써 안전 인증 프로세스가보다 관리 가능 해지고 혼합 도메인 아키텍처는 Linux 또는 기타 다기능 운영을 기반으로보다 작은 영역과 함께 안전 기능이 보장되는 작은 운영 체제를 운영 할 수있게합니다 시스템.
계기판 디스플레이와 같은 애플리케이션은 CAN, CAN-FD, FlexRay 및 이더넷 통신 네트워크를 통해 데이터를 전달하면서 차량 통신 시스템과 통합해야합니다.
자동차 개방형 시스템 아키텍처 (Autosar) 소프트웨어 통신 스택을 별도의 안전한 도메인으로 실행하면 차량 성능 정보를 수집하여 계기판으로 전달할 수 있습니다.
다양한 임베디드 도메인과 이들 사이의 안전한 통신 채널을 결합하여 자동차 산업의 안전에 필수적인 요구 사항은 물론 소비자의 고성능 그래픽에 대한 기대치를 충족시킬 수있는 확장 가능한 혼합 안전 플랫폼을 제공합니다.
정보 공유 기술
개별 물리적 ECU간에 정보를 공유하거나 단일 디스플레이로 수렴되는 여러 애플리케이션을 호스팅하는 단일 ECU 내에서 정보를 공유하기위한 여러 메커니즘이 있습니다.
차세대 차량 설계의 고 대역폭 버스 아키텍처는 비디오 및 기타 대형 그래픽 데이터 객체가 차량 버스의 노드간에 신속하게 이동하도록합니다.
이러한 메커니즘에는 응용 프로그램, 프로세스 간 통신 메커니즘 (IPC) 또는 DDS (데이터 배포 서비스) 또는 RPMsg (제한된 권한 메시지)와 같은 보안 메시지 프로토콜에서 액세스 할 수있는 공유 메모리가 포함됩니다.
공유 메모리 방식은 높은 데이터 전송률 처리량을 제공하며 종종 그래픽 기반 응용 프로그램에 선호됩니다.
차량에 눈길을 끄는 복잡한 디스플레이가 제조업체에게 차별화 된 판매 포인트가되고 있으며 2D / 3D 그래픽을 안전에 중요한 정보와 결합하는 새로운 기술이 필요합니다.
임베디드 소프트웨어 프레임 워크에 새로운 사고 방식을 적용하면 안전이 중요하고 정상적인 세계 어플리케이션이 공존 할 수 있습니다.
유능한 HMI 솔루션을 갖춘 혼합 임계 설계 임베디드 아키텍처는 자동차 설계자들에게 매우 인기가 높아졌으며 차세대 및 점차 자율 주행 차량의 요구 사항을 충족 할 수 있도록 확장 가능합니다.멘토는 HMI 제공 업체 인 Socionext와 협력하여 안전 인증 통합 정보 디스플레이를 제작했습니다.
Socionext의 ISO26262 인증 기능 안전 모듈 Candela Safety는 ASIL (Automotive Safety Integrity Level) A 또는 B에 따라 안전에 필수적인 내용을 표시하는 데 사용할 수 있으며 안전한 제 2 경로 렌더링을 제공합니다.
포함 된 모든 구성 요소는이 표준에 따라 개발되며 Candera는 안전에 중점을 둔 그래픽 콘텐츠를 기능 안전 전용 시각화 레이어에 렌더링 할 수 있습니다.
디스플레이 아키텍처를 사용하면 ISO26262 ASIL B 렌더링 전용의 VAS (Virtual Address Space) 내에서 안전성이 중요한 응용 프로그램을 실행할 수 있습니다.
표 1 : 고속 데이터 속도 ECU의 연결 메커니즘
저자 정보
Andrew Patterson은 자동차 솔루션 전문 업체 인 Mentor의 임베디드 소프트웨어 사업부의 사업 개발 이사입니다 (Mentor Automotive)
