달라스에 위치한 게이로드 텍산 리조트&컨벤션 센터에서 개최된 2014 프리스케일 기술 포럼(Freescale Technology Forum, FTF)에는 4월 8일부터 닷새간 무려 2,500명이 넘는 전 세계 디자이너, 애플리케이션 엔지니어, 전문가, 에코시스템 파트너들이 모여들었다. 이들은 250가지 데모, 400시간 이상의 트레이닝 세션을 통해 미래의 임베디드 디자인을 엿보고 지식과 비전을 공유했다. 프리스케일 코리아 박주양 상무가 주요 데모를 소개했다.

싱글칩 하이브리드 클러스터 솔루션

OEM과 공급업체들은 안전과 보안을 최우선 사항으로 유지하는 동시에 대시보드에서 대량의 운전자 정보를 통합하고 그래픽 품질을 높이는 데 주력하고 있다. 고급차의 인스트루먼트 패널에는 일반적으로 메인 프로세서, 그래픽 장치, SRAM, 헤드업 디스플레이(HUD) 워핑 및 기타 정교한 기능 관리를 위한 전용 회로를 비롯한 여러 외부 부품이 포함된다.

이런 콕핏의 구현에는 통합을 위한 복잡성과 높은 비용이 수반되기 때문에 적용 차종이 제한적이었다. 그러나 프리스케일은 이같은 헤드업 디스플레이 및 기타 고품격 그래픽 기능을 중급이나 보급형 모델로 확대시킬 수 있게 하는, 기존의 MCU에 비해 1.7배 이상 더 높은 성능을 제공하는 솔루션을 개발해 FTF에서 공개했다.

프리스케일 코리아의 엔지니어팀을 총괄하고 있는 박주양 상무는 “기존에는 MCU 기반에 GPU 등을 넣었는데 MAC57D5xx는 그래픽 강화를 위해 애플리케이션 프로세서, 스태핑 모터에 대한 코어, GPU 등을 통합한 원칩 형태”라고 말했다.

프리스케일은 기계식 계기판에 필요한 스테핑 모터 드라이브와 디지털 계기판에 필요한 그래픽 가속기, HUD 워핑 엔진, 듀얼 TFT 디스플레이 드라이브, 강력한 I/O 프로세서(ARM Cortex-M0+)를 통합했다. 이같은 통합은 계기판의 개발기간을 30% 단축하고 원가를 50% 절감할 수 있게 한다.

3개의 코어 각각에 별도 운영체제의 동시 동작을 통해 주요 계기판 하드웨어와 소프트웨어를 분리함으로써 안전성도 높였다. ARM Cortex-M4 차량용 프로세서 코어에서 AutoSAR OS를, ARM Cortex-A5 애플리케이션 프로세서 코어에 그래픽 OS를 독립적으로 운영한다.

MAC57D5xx 제품군은 최대 2대의 WVGA 디스플레이를 지원한다. 한 개는 헤드업 디스플레이 하드웨어 워핑 기능을 탑재했다. 그래픽 콘텐츠는 Vivante 2D GPU(OpenVG 1.1 지원) 및 2D-ACE(2D Animation and Composition Engine)에 의해 생성된다. 이를 통해 콘텐츠 생성에 필요한 메모리 풋프린트를 크게 줄일 수 있다. 메모리는 최대 4 MB의 플래시, 1 MB의 SRAM(ECC 탑재) 및 최대 1.3 MB 그래픽 SRAM를 내장한다.



또한 높아지는 보안 및 안전 요구에 부응하기 위해 MAC57D5xx 제품군은 SHE 준수 프리스케일의 최신형 CSE2 엔진을 통합하고, 기능안전성 등급 ISO 26262 ASIL-B를 만족한다.

박 상무는 “고급 클러스터 그래픽 디자인에는 전통적으로 많은 리소스가 소비되는 소프트웨어 개발과 복잡한 툴 체인이 필요했다”며 “프리스케일은 리소스를 보다 효율적으로 사용하고 제품화 기간을 단축하기 위해 고유 IP와 최적화된 코드를 활용하는 능률적인 접근방법을 제공한다”고 말했다.

연료 직분사 및 듀얼 클러치용 솔레노이드 컨트롤러

갈수록 강화되는 연비 규제에 따라 프리스케일은 가솔린과 디젤 엔진 모두에서 배기가스를 줄이고 연비를 개선할 수 있는 MC33816 프로그래머블 솔레노이드 컨트롤러를 개발해 이를 정밀 제어하는 모습을 데모했다. 아키텍처는 듀얼 클러치 트랜스미션의 구동에도 활용할 수 있다.


박 상무는 “사실 MC33816은 OEM과의 오랜 협력 과정에서 보다 효율적이고 비용도 절감할 수 있는 솔루션을 만들어보자는 공통의 의견에서 개발됐다”며 “이를 위해 연료 분사 인젝터 패턴을 ASIC으로 도입했는데 실제 적용하니 정밀제어에 대단히 효과적이고 인젝터 모듈 자체도 플랫폼화 할 수 있었다”고 말했다.

MC33816 프로그래머블 솔레노이드 컨트롤러는 4개의 통합 μCore가 내장돼 메인 시스템 마이크로컨트롤러와 독립적으로 4개의 작업을 동시에 처리할 수 있어, 응답시간이 기존 아키텍처보다 최대 16배까지 단축돼 불필요한 연료 사용을 줄이는 정밀 제어를 통해 엔진 효율을 개선한다. 메인 시스템 마이크로컨트롤러의 부하는 30% 절감된다.

박 상무는 “다양한 기능을 통합하면서 실질적인 BOM을 줄일 수 있다”며 “MC33816 컨트롤러는 리버스 엔지니어링을 방지하고 시스템 IP 및 소프트웨어를 안전하게 보호할 수 있도록 임베디드 암호화 및 마이크로 코드 보호 기능도 제공한다”고 말했다.

하이브리드 파워트레인의 쿼리바 MCU

프리스케일은 하나의 MCU로 저속주행, 가속에 따라 모터와 엔진 구동을 컨트롤 하는 하이브리드 파워트레인에 대한 쿼리바(Qorivva) MPC5676R과 최신 MPC5777C 프로세서를 데모했다.

박 상무는 “3개의 프리스케일 eTPU (enhanced Timer Processor Unit) 타이머 장치와 듀얼 e200z7 코어는 하이브리드 파워트레인 내에서 사용되는 전기 모터, 내연기관, 배터리 관리 태스크 및 인버터를 제어할 수 있는 성능을 제공한다”고 설명했다.

MPC5676R 마이크로컨트롤러는 최초의 파워트레인 애플리케이션용 듀얼코어 파워 아키텍처(Power Architecture) 디바이스다. 이 제품은 싱글 코어 모델인 이전의 MPC5674F MCU와 거의 완벽하게 호환되며, 가상 센싱 및 휴리스틱(heuristic) 제어 알고리즘 같은 연산 의존도가 높은 소프트웨어 과제에 대응하는 강력한 듀얼코어 기능도 갖추고 있다. 개발자들은 이러한 기능을 통해 다수의 외부 부품을 추가하지 않아도 되기 때문에 기존 시스템 대비 비용을 약 30%까지 절감할 수 있다.

박 상무는 “55나노 공정을 사용하는 최신 MPC5777C는 ISO 26262 대응을 위해 록스텝 코어를 넣었고, 중요한 보안 문제 대응을 위해 HSM, 그리고 CAN FD도 지원한다”고 말했다.


77 GHz
패스트 모듈레이션 레이더

첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)과 관련해 프리스케일은 쿼리바 MPC577xK MCU와 MRD3000 멀티-채널 77 GHz 레이더 트랜시버 칩셋에 기반한 77 GHz 레이더를 통해 차가 사물을 감지하고 근접하는 속도, 다가오는 각도 등을 계산하는 모습을 데모했다.

박 상무는 “최고 수준의 통합을 통해 더 많은 메인스트림 차량에 레이더 기반 안전 시스템을 보급할 수 있게 됐다”고 말했다.

파워아키텍처(Power Architecture) 기술에 기반한 쿼리바(Qorivva) MPC577xK MCU는 레이더 애플리케이션용 싱글칩 솔루션 중 최고 수준의 디지털 및 아날로그 통합을 구현해 최대 4개의 주요 PCB를 제거했다. 이에 따라 시스템 수준 비용과 PCB 공간을 절약하고 소프트웨어 복잡성을 줄였다. 또 핵심 통합 디지털 가속기를 사용해 집중적인 계산 작업을 위한 고성능을 제공한다. 단거리, 중거리 및 장거리 레이더 애플리케이션에서 샘플링한 신호를 처리하기 위한 모든 하드웨어 모듈이 포함된 최첨단 신호 처리 툴박스를 갖추고 있다.

MRD2001 77 GHz 레이더 트랜시버 칩셋을 활용하면 소비 전력과 VCO 위상 잡음이 낮고 정밀한 물체 식별이 가능한 포괄적인 고성능 레이더 트랜시버를 구현할 수 있다. 이 칩셋은 동시 활성 채널을 통한 고속 변조를 통해 탁월한 공간 확인과 탐지 정밀도를 제공한다.

MRD2001은 최고 100 GHz 주파수에서 삽입손과 기생 정전용량이 극히 낮은 첨단 패키지로 공급된다. 패키지 칩셋을 사용하면 베어 다이에 칩을 추가하거나 배선 조립 기술을 적용할 필요가 없어 레이더 모듈의 조립이 크게 간소화된다. 또한 칩셋을 최대 4개의 TX 채널과 12개의 RX 채널로 확장할 수 있어, 럭셔리 차량의 총 예산 범위에 맞게 장거리, 중거리 및 단거리 레이더 애플리케이션을 위한 넓은 시계에 걸쳐 전자 빔 스티어링을 지원하는 단일 레이더 플랫폼을 구현할 수 있다. MRD3000 레이더 트랜시버 칩셋은 하나의 솔루션으로 76~81 GHz를 커버하며, 10 μs에서 최대 50 μs 미만의 빠른 chirp time 모듈레이션을 지원한다.

박 상무는 “국내에서는 슬로우 모듈레이션을 많이 사용하지만 이럴 경우 다가오는 물체가 여러 개일 때 알고리즘이 복잡해지는 문제가 있다”며 “패스트 모듈레이션은 프로세싱만 되면 간단한 알고리즘으로 구분할 수 있다”고 말했다.

유럽은 이미 패스트 모듈레이션으로 알고리즘을 축약해 MCU 메모리를 줄이고 비용도 줄이고 있다. 예를 들어 콘티넨탈과 같은 티어1은 이같은 패스트 모듈레이션을 통해 저가의 레이더를 양산하고 있다.

오픈소스 기반
차량용 이더넷 AVB 기술 

기존 시스템은 차내에서 영상 전송을 위해 고가의 LVDS(Low-Voltage Differential Signaling) 케이블이 4~5개 필요했다. 반면 이더넷을 통해 영상 신호를 압축 전송하면 값비싼 케이블이 필요 없어 부품 수를 줄일 수 있다. 그러나 인포테인먼트에 이더넷 AVB를 사용하기 위해서는 풀어야할 과제가 있다. 이에 대해 AVnue 얼라이언스의 AVB 실무진은 IEEE 802-호환 네트워크를 위한 더 높은 수준의 서비스에 적용되는 IEEE 표준을 정의했다.

IEEE 802.1 AS(시간/타이밍 동기화), QAT(스트림 대역폭 예약 프로토콜), QAV(스트림 중계/큐잉) 및 BA 프로토콜은 AVB 시스템에서 어드레스 타이밍 및 동기화, 스트리밍 보존, 전환 및 대기 기능을 담당한다. 또한 IEEE 1722와 같은 전송 프로토콜 계층 표준은 스트리밍 시간에 민감한 오디오나 비디오 신호의 이더넷 AVB 네트워크 전송을 도와주고 최종 스테이션 간의 상호연동성을 촉진시켜 준다.



프리스케일은 IEEE에서 정의한 이 표준을 지원하는 오픈소스 기반 차량용 이더넷 AVB 기술을 소개했다. 또한 이더넷을 이용한 오디오 증폭기용 소프트웨어 및 하드웨어 기술을 시연했다.

박 상무는 “프리스케일의 이더넷 AVB 노드 솔루션에는 가장 높은 통합 성능을 제공하는 MPC56xx/MPC57xx MCU와 미들급의 바이브리드(Vybrid) VFxxxR, 저가의 i.MX6 애플리케이션 프로세서 제품군이 있다”고 소개했다.

이더넷 연결과 영상 압축 기능을 갖춘 32비트 쿼리바 마이크로컨트롤러 MPC5604E는 차량 주위 360도를 표시하는 고해상도 압축 비디오 데이터를 패스트 이더넷을 통해 전송하는 카메라 애플리케이션에 사용된다. 즉, 이 프리스케일의 32비트 MCU는 차량 주변에 설치된 여러 대의 카메라 각 모듈 내에서 CMOS 이미지 센서와 직접 인터페이스를 가능하게 한다. 캡처된 영상 데이터는 대기시간이 가장 낮은 Motion-JPEG로 압축되고 2-wire 이더넷 케이블을 통해 전송된다. 또한 AVB 호환 하드웨어 어시스트 타임 스탬프 기능을 통해 정확한 실시간 통신과 카메라의 동기화를 보장한다.

가장 최근 발표한 MPC5606E 마이크로컨트롤러와 물리계층 트랜시버(PHY)를 원칩화해 차량용 카메라 모듈의 크기를 최대 50%까지 줄이면서 제품화 기간을 단축하고 BOM을 줄이도록 설계됐다. 쿼리바 MPC5606E의 크기와 성능의 바탕은 통합된 브로드컴의 BroadR-Reach 이더넷 PHY다. 이 이더넷 솔루션의 통합을 통해 압축에 의한 이미지 크기의 조절과 자동차 환경에서의 비디오 데이터의 고속 전송을 가능케 하고, 여러 자동차 시스템이 1개의 비차폐 트위스트 페어 케이블을 통해 최대 100 Mbps 속도로 동시에 액세스 할 수 있게 해준다. 

AEM_Automotive Electronics Magazine