클레스 매니저는 에쓰링엔(Esslingen) 응용과학대학 전기공학과를 졸업한 후, 알카텔(ALCATEL)에 입사해 테스트 시스템에 대한 소프트웨어 개발 및 비즈니스 개발 팀장 등을 맡았었다. 2004년 5월부터 벡터에서 “측정 및 보정”과 “네트워크 인터페이스” 제품 라인의 비즈니스 개발 매니저로 일하고 있다.

전기차(EV)와 하이브리드 카(HEV) 개발에 적합한 하드웨어 인터페이스라면 뛰어난 실시간 기능은 물론 USB와 같은 편리한 플러그앤플레이 기능과 잠재적 용도를 위해 극대화된 확장성, 다기능성을 갖추는 것이 이상적일 것이다. 다소 상충되는 면도 있는 이러한 요구 사항들은 종전의 인터페이스에 대한 개념으로는 충족될 수 없다.

고성능 CPU 코어를 탑재한 인터페이스
이에 따라 벡터는 최신 인터페이스를 개발할 때부터 CPU가 통합된 액티브한 하드웨어 구조를 구현하는 접근 방식을 취했다. 그 결과로 버스 분석 및 가상 버스 시뮬레이션, CCP/XCP를 이용한 고성능 계측 및 보정, 게이트웨이 및 라우팅 기능, 신속한 플래싱, 복잡한 진단 서비스 등의 여러 기본 용도를 포함한 솔루션이 탄생했다.
이렇게 탄생한 VN8900 시스템의 다양한 인터페이스 및 고성능 CPU 코어 덕분에 사용자는 가상 버스 시뮬레이션과 게이트웨이 애플리케이션을 실시간으로 실행할 수 있다. ECU 개발과 관련해 현재 새로운 애플리케이션 영역들이 부상하고 있는데, 특히 주목받는 것은 EV/HEV 개발 시에 요구되는 엄격한 조건들을 만족하기 위한 작업 영역이다. 여기에는 ECU 프로토타입 및 바이패스와 같은 래피드 프로토타이핑(Rapid Prototyping)의 제공이 중요한데, 이것은 개발 프로세스 초기(그림 1 V 사이클의 좌측)에 자리 잡게 된다. 이에 대해서는 뒷부분에서 자세히 다룬다. 결론적으로 이를 지원하는 새로운 시스템을 사용하면 ECU 개발 프로세스에 들어가는 시간이 기존 하드웨어 인터페이스 사용 때보다 상당히 줄어들게 된다.

가상 버스 시뮬레이션 및 게이트웨이 애플리케이션 실시간 실행
빠른 응답 속도를 지닌 실시간 기능, USB를 통한 플러그앤플레이 연결, 그리고 CANalyzer/CANoe 또는 CANape와 같이 널리 사용되는 벡터 툴과의 자연스러운 상호 작용 등은 큰 도전과제였다. 하지만, 이 모두는 호스트 PC와 지능형 인터페이스 장비 간에 작업을 분산하는 방식으로 해결됐다. 오직 실시간 기능이 필요한 작업만 인터페이스 장비에서 직접 실행하고, 이 외의 데이터 준비, 저장, 시각화 등의 일반 작업은 예전의 방식과 같이 호스트 PC에서 실행한다.

스탠드얼론 실행 능력이 새 애플리케이션 영역을 열다
만약 수행하려는 작업이 사용자와의 상호 작용을 요구하지 않는다면, 이 인터페이스 장비를 통해 가상 버스 시뮬레이션과 게이트웨이 애플리케이션을 독자적으로 실행할 수 있다. 가상 버스 시뮬레이션 기능은 EV/HEV의 일부 ECU를 확보할 수 없는 상황에서 개별적으로 ECU를 개발하고 테스트하는데 필수적이다. 자동차 제조사별 확장자와 함께 CANoe를 사용하면 몇 번의 마우스 클릭만으로 가상 버스 시뮬레이션 또는 게이트웨이 라우팅 애플리케이션을 생성할 수 있고, 이를 새로운 인터페이스 장비에 탑재할 수 있다.
스탠드얼론 애플리케이션을 다른 시스템과 통합하기 위해 FDX(Fast Data Exchange)라는 이더넷/UDP 기반의 인터페이스가 사용되는데, 이는 버스 신호 및 시스템 변수에 대한 빠른 읽기/쓰기를 가능하게 한다.
또한 준비된 CANoe/CANalyzer 스탠드얼론 구성(Configuration) 파일은 관리자 프로그램을 이용해 원하는 PC에서 이 인터페이스 장비로 탑재할 수 있으며, 일련의 프로세스 또한 자동화를 통해 적합한 환경에 최적으로 통합할 수 있다.



EV/HEV 래피드 프로토타이핑: 범용 바이패싱 솔루션
VN8900 시스템과 같은 벡터의 바이패싱 솔루션은 ECU 소프트웨어의 기능(Function) 일부를 ECU 외부에서 결정적(Deterministic) 응답 시간에 따라 실행할 수 있게 해준다. 이는 다음과 같은 EV/HEV 개발 시에 특히 의미가 있다.

a) ECU 전체 코드를 생성하고 플래시하는 프로세스 없이 기능을 빨리 수정해야 하는 경우
b) 비교 측정을 위해 기능을 반복적으로, 그리고 손쉽게 전환해야 하는 경우
c) 메모리나 CPU 성능 등이 부족해 기존 ECU 하드웨어에서 새 기능을 실행할 수 없는 경우

또 ECU에서는 기능을 바이패스해서 더 이상 실행되지 않도록 해야 할 때가 있다. 바이패스된 기능의 입출력 파라미터는 ECU의 RAM에 주로 위치하고 있으며, 최대한 빠르게 컴퓨터로 기능을 바이패스한다. 표준 프로토콜인 CCP, XCPonCAN, XCPonFlexRay 및 XCPonEthernet 모두 바이패스 전송에 사용될 수 있다(그림 2).
벡터의 계측/보정 시스템인 VX1000 장비를 이용하면 ECU RAM에 매우 빠른 속도로 액세스할 수 있다. VX1000 기본 모듈이 POD(Plug-On-Device)를 거쳐 ECU의 데이터 변환기(Data Trace) 또는 Nexus, JTAG, DAP 등의 디버그 인터페이스에 연결되면, 정보들은 XCPonEthernet 프로토콜로 변환돼 VN8900으로 전송된다.
성능 측정 결과, 측정 데이터 속도가 CAN 프로토콜 상에서보다 최대 100배 높은 것으로 나타났다. 최대 50 kHz에 달하는 전기 모터 구동 신호를 측정하기 위해 VX1000 장비가 EV/HEV 프로젝트에 사용되는 경우가 많은데, 여기에 VN8900 하드웨어만 연결하면 손쉽게 완전한 바이패스 솔루션으로 확장시킬 수 있다. 옵션으로 제공되는 VN8900의 플러그인 I/O 보드를 사용하면 바이패스 런타임 환경에서 디지털 및 아날로그 신호를 액세스할 수 있다.

EV/HEV 래피드 프로토타이핑: 배터리 ECU 역할을 하는 프로토타입 하드웨어 인터페이스 VN8900

이 응용 사례는 타겟 ECU 하드웨어가 없을 경우에 매우 유용하다. 최근에는 EV/HEV 배터리 ECU에 적용되는 사례가 많은데, 이는 이전 차량 모델에서의 기존 ECU를 재사용할 수 없기 때문이다. 대부분의 경우 EV/HEV용 ECU는 완전히 다시 개발해야 한다.
CANoe 스탠드얼론 런타임 환경을 갖춘 응용 사례에서는 ECU 소프트웨어가 Simulink 또는 C실행 파일 형태로 VN8900에서 실시간으로 실행된다. 다른 버스 노드와의 통신은 CAN, LIN, FlexRay 버스 인터페이스를 이용하며 그 밖의 센서와 같은 장비는 디지털 및 아날로그 I/O 인터페이스를 통해 연결한다.



기존의 ECU 프로토타입 솔루션과 달리 VN8900 접근 방식에서는 크로스 컴파일러를 사용하지 않는다. 이것은 네트워크 관리, 인터랙션 레이어, (진단을 위한)전송 프로토콜 등 익숙하면서도 검증된 모든 CANoe 기능을 바로 ECU 시뮬레이션에 사용할 수 있게 해준다.
CANoe를 타겟으로 한 Simulink 모델에서 실행 파일 생성 시, XCP 드라이버를 실행 파일에 컴파일할 수 있다. 이에 따라 XCPonEthernet 프로토콜 상의 프로토타입 런타임 환경인 VN8900을 CANape와 같은 보정 툴로 매우 손쉽게 측정하고 보정할 수 있다(그림 3).
이외에도 수많은 VN8900 고객들이 새로운 애플리케이션을 자체 개발하는 사례가 갈수록 늘고 있다. 예를 들어 호스트 PC 없이 스탠드얼론 실행 모드에서 내장형 2 GB 플래시 메모리(가용 메모리는 약 1 GB) 또는 USB 연결을 통한 외부 대용량 저장장치에 데이터를 로깅한 사례도 있다.

요약 및 전망

EV/HEV용 ECU를 개발하는 과정에서 최대 7개의 CAN, LIN, FlexRay 채널을 보유하고 I/O 하드웨어 확장 옵션도 갖춘 VN8900 시스템은 개발자들에게 큰 편의를 제공해 준다. 실시간 코어의 통합은 짧은 결정적 응답 시간을 가능케 한다. 또한, VN8900은 래피드 프로토타이핑 하드웨어 혹은 스탠드얼론 애플리케이션의 역할을 수행할 수 있기 때문에 여러 프로젝트 단계에서 광범위한 작업에 사용될 수 있다.
수많은 애플리케이션 사례들을 하나의 동일 하드웨어로 생성하고 수행하는 것이 가능하다는 점과 그 양을 생각하면 VN8900은 경제적인 솔루션임이 틀림없다. 특히 EV/HEV용 네트워크를 개발함에 있어서 더욱 그렇다.

AEM_Automotive Electronics Magazine