효과적인 전기·전자 시스템을 위한 진단 통신 개발
상태바
효과적인 전기·전자 시스템을 위한 진단 통신 개발
  • 편집부 기자
  • 승인 2019.04.05 11:59
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

AUTOSAR를 준수하는 DoIP 기반의 차량 진단법
   
   
   
   
 

현대의 차량 전자제어 시스템은 네트워크로 밀접하게 연결되어 수많은 복잡한 기능을 수행한다. AUTOSAR가 지원하는 통신 프로토콜 DoIP(Diagnostics over Internet Protocol)는 주행 중 온보드 원격 입출력뿐만 아니라 작업장에서 오프보드로 Ethernet, WLAN, 무선 데이터 연결 등을 통해 유연하고 효과적인 시스템 진단을 가능하게 한다.

또한 DoIP는 공장에서 제조하거나 작업장에서 작업할 때 또는 무선 소프트웨어 업그레이드 시 ECU를 플래시 하는 데도 사용된다. DoIP가 제대로 작동되려면 진단기와 특정 진단물(DUT·피시험 장치) 간의 차량 네트워크 통신 경로가 정확히 정의되어야 하며 현대 차량의 복잡한 E/E 네트워크상에서 최적의 경로를 찾기 위해선 적합한 툴의 사용이 필수적이다.

글/ Dr. Daniel Gebauer, Product Management, Vector
자료제공 벡터코리아(www.vector.com)
 
현대 차량의 E/E 아키텍처는 우리에게 많은 과제를 안겨준다. 운전자 보조, 인포테인먼트, 차량과 외부 네트워크 간의 인터페이스 등을 위한 첨단 시스템은 엄청난 분량의 데이터를 전송하고 있으며 자율주행 자동차의 안전 관련 시스템은 안전을 위한 추가적인 리던던시(Redundancy) 설계가 이루어져야 한다. 이와 동시에 차량의 드라이브트레인 및 대부분의 차량 보조 구성 요소가 전기화되고 있으며, 이 모든 것이 차량 E/E 시스템의 아키텍처 및 진단에 큰 영향을 끼치고 있다. 신규 자동차 모델의 E/E 아키텍처에는 전형적으로 어떠한 특성이 있을까?

각 E/E 세그먼트의 도메인 컨트롤러는 차량 Ethernet을 통해 Ethernet 스위치가 통합되어 있는 중앙 게이트웨이에 연결된다. 드라이브트레인, 바디, 섀시, 안전 시스템, 인포테인먼트는 이들 세그먼트에 포함되며, 각 세그먼트는 도메인별 제어장치, 액추에이터 및 센서와 연결되어 있다. 또한, 각 세그먼트는 CAN, CAN FD, FlexRay, LIN 또는 기타 Ethernet 클러스터와 같은 버스 기술을 통해 연결되어 있으며 중앙 게이트웨이는 차량 통신을 백엔드의 인터넷 및 특정 OEM 서비스와 연결하는 역할을 한다(그림1).
 
DoIP 표준을 활용한 차량 진단
DoIP 표준(ISO 13400)은 최신 차량용 전자 장치의 효율적인 진단 및 프로그래밍에 필수적인 옵션을 제공한다. DoIP는 데이터 전송뿐만 아니라 차량 발견 및 인식, 통신 연결의 설정과 검사, ECU 플래싱, 오류 관리 및 방화벽 기능을 제공한다. DoIP는 진단 메시지를 전송 계층과 독립적인 TCP/IP 프로토콜에 내장할 수 있으며 통합 진단 서비스(UDS·Unified Diagnostic Services, ISO 14229) 프로토콜로 표현될 수 있다. 한편, DoIP 기반 통신 환경을 설정하는 것은 매우 복잡하다. 이는 소켓, 소켓 연결, 프로토콜 데이터 단위(PDU·Protocol Data Units) 등과 같은 많은 요소가 생성되고 서로 연결되어 파라미터로 표시되어야 하기 때문이다.

동일한 진단 목표를 위한 다양한 경로
그림 1의 예에서 외부 진단기는 DoIP를 통해 중앙 게이트웨이와 연결된다. 주행 중인 차량의 시스템은 내부 진단기로 모니터링된다. 두 경우 모두 피시험 장치(DUT)는 관련 진단기와 연결되어야 한다. 진단 표준 DoIP 및 UDS가 제공하는 다양한 옵션, 물리적 네트워크의 망 형태, 하부 분할(subdivision)된 Ethernet 가상랜(VLAN·Virtual Local Area Networks) 형태의 논리 서브넷 등을 기반으로 하는 많은 선택적 경로들이 생길 수 있으며, 진단기와 DUT는 이 모든 경로를 통해 연결될 수 있다. DoIP의 경우 진단기는 항상 클라이언트 역할을 한다. 따라서 예시의 게이트웨이는 서버 역할을 한다. 진단기는 게이트웨이 인증을 받아야 한다. 외부 DoIP 진단기가 Ethernet 게이트웨이를 통해 연결되는 경우 각 케이스들은 아래 설명대로 구별되어야 한다(그림 2).

다른 서브넷의 DUT에 UDS 진단 라우팅을 사용한 게이트웨이로의 DoIP 연결(그림 2의 왼쪽):
게이트웨이는 UDS 메시지를 추출하여 CAN과 같은 다른 버스 시스템의 DUT로 전송한다.
동일한 인터넷 클러스터 내 타 서브넷(VLAN)에 UDS진단 라우팅을 사용한 게이트웨이로의 DoIP 연결(그림 2의 중앙):

여기서 DUT와 외부 진단기는 동일한 Ethernet 클러스터 안에 있다. 하지만 2개의 통신 파트너를 논리적으로 서로 연결할 수 있는 그 어떤 VLAN 채널도 존재하지 않는다.
게이트웨이는 UDS 메시지를 추출하여 Ethernet 클러스터의 관련 VLAN으로 전송한다.
 
Ethernet을 통해 DUT로 직접 통신을 보내는 게이트웨이 스위치에 DoIP를 연결(그림 2의 오른쪽):
DoIP 진단기의 성공적인 인증 후에 진단기와 DUT가 서로 직접 통신할 수 있도록 게이트웨이는 스위치 환경을 재설정한다. 이 같은 재설정은 VLAN 리태깅(retagging) 또는 외부 진단기를 VLAN에 연결함으로써 이루어진다.
이 경우 DUT는 DoIP의 서버 역할을 한다.
 
이 예시에서 모든 연결 시나리오는 각각 고유한 장단점이 있어 실제로도 활용되고 있다. 첫 번째 경우에서는 진단기와 DUT 간의 통신이 완전히 분리된다. 이 시나리오는 DoIP 진단기로 비-Ethernet(non-Ethernet) DUT를 진단하는 유일한 방법이다. 두 번째 경우도 마찬가지로 게이트웨이에 의해 진단기와 DUT 간의 통신이 분리된다. 두 경우 모두 통신을 분리하려면 게이트웨이에 부하를 주는 추가 라우팅이 필요하다. 하지만 두 번째 시나리오는 ECU를 리프로그래밍하기 위해 사용되고 전체 데이터는 보안상의 이유로 게이트웨이를 통한 명시된 경로를 거쳐 ECU로 보내진다.

세 번째 경우에는 진단기를 Ethernet 클러스터의 요소에 직접 연결한다. 이 경우 게이트웨이로 통합된 Ethernet 스위치로 인해 효율적인 고성능 라우팅을 얻을 수 있다. 따라서 이 시나리오는 주로 다량의 데이터를 전송할 필요가 있을 때 유리하다. 이 경우 통신이 분리되지 않으므로 권한 없는 외부 접속을 근본적으로 방지할 수는 없으며, 필수적인 게이트웨이 인증을 보완하기 위한 추가 보호 조치가 필요하다.
 
일관된 DoIP 차량 진단 기술(記述)
벡터의 PREEvision과 같은 향상된 소프트웨어 환경은 복잡한 E/E 아키텍처를 일관되게 모델링·평가 및 최적화하는 데 활용된다. 이 환경에서는 공통 모델을 기반으로 많은 업무를 일관되게 처리할 수 있다. 이들 업무는 요구사항을 분석하는 것으로 시작되어 논리·기능 및 소프트웨어 레벨의 아키텍처, 망 접속 형태 설계, 블록 회로 다이어그램 및 와이어링 하네스로 확장되고 마침내 E/E 시스템의 기하학적 레이아웃으로 확장된다. 또한 PREEvision은 차량 네트워크 통신의 상세 모델링을 위해 사용되는 툴과 기능을 제공한다. 그리고 PREEvision은 많은 팀이 공통 모델로 협업을 진행할 수 있게 해준다. AUTOSAR 및 기타 관련된 표준 데이터 교환형식을 지원하는 효율적인 불러오기 및 내보내기 인터페이스를 통해 기존 툴 환경에 PREEvision엔지니어링 환경을 손쉽게 통합할 수 있다. PREEvision은 차량 진단을 기술하기 위한 워크플로우를 제공한다(그림 3).

1단계에서는 차량 E/E 시스템 및 구성품의 네트워크 토폴로지가 정의된다. 차량 네트워크에 속하지 않는 오프보드 진단기는 모델에서 외부 구성품으로 간주된다. 2단계에서는 서로 연결되는 내부 진단기 및 DUT가 하이라이트된다. 1개의 진단기로 여러 DUT를 관찰할 수 있다. 또한, 외부 진단기 1개와 내부 진단기 1개 등 여러 개의 진단기로 하나의 DUT를 관찰할 수도 있다. 3단계에서는 PREEvision이 진단기와 DUT가 서로 통신할 수 있는 네트워크상의 경로를 찾아낸다. 하나의 통신 옵션만 있을 경우 PREEvision은 해당 통신 옵션과 관련된 경로 정보를 자동 생성한다.

여러 경로가 확인될 경우 사용자는 이들 경로 중 하나를 선택할 수 있다. 진단기에서 DUT로의 지정(tester-to-DUT assignment)은 PREE­vision 모델에 저장된다. 이들 지정은 진단 통신을 위한 타겟 상태(target state)로 사용자가 차량 진단을 명시하고 진단 통신을 위해 완성된 모델을 검사하는 것을 지원한다. 워크플로우의 마지막 단계에서는 진단을 위해 필요한 통신 인프라가 완전히 합성(synthesis)된다. 그 이후로는 진단기와 DUT가 서로 통신할 수 있는 모든 경로 및 라우팅이 고정되며 연결 시나리오와 PDU, DoIP 연결, 소켓 및 소켓 연결, CAN 프레임, 분할 PDU 등의 전송 매체에 종속되는 통신 인프라의 다양한 AUTOSAR 아티팩트가 생성된다. 특정 UDS 서비스 요청 및 응답과 관련된 진단 콘텐츠는 여기서 생성되지 않는다. 
 
더욱 빠른 최적 통신 인프라 달성
PREEvision은 워크플로우를 지원하기 위해 진단 통신 익스플로러(Diagnostic Communication Explorer)를 제공한다(그림 4). 익스플로러 창 왼쪽에는 특정 단계에 따라 정리된 카테고리가 나와 있다. 오른쪽에는 1개 이상의 특정 데이터의 테이블 뷰가 제공된다. 

기존 네트워크 토폴로지를 기반으로 하는 진단 통신 익스플로러는 가장 먼저 진단기 및 DUT를 정의한다. 그리고 사용자는 각 카테고리를 기반으로 한 워크플로우에 따라 작업할 수 있다. 테이블 기반 에디터는 각 단계 후의 모델 상태를 점검하는 데 유용할 뿐만 아니라 모델링 프로세스를 개선하는 데도 유용하다. 또한 익스플로러에서 선택된 요소는 망 접속 형태를 나타내는 다이어그램에서 하이라이트된다. 

이처럼 PREEvision은 진단에 사용되는 E/E 아키텍처의 경로 및 라우팅을 사용자 친화적인 그래픽으로 보여준다. 아티팩트 피커(artifact picker)라는 기능을 통해 관련 요소가 선택되면 사용자는 이를 드래그 앤 드롭해 손쉽게 할당 작업을 수행할 수 있다. 
익스플로러 상단에는 복잡한 합성(synthesis) 작업을 위한 선택 버튼이 있는데 이들 버튼은 분류·필터링 등의 표준 기능을 위한 일반 버튼 옆에 있다. 또한 익스플로러는 통신 인프라의 합성으로 생성된 주요 항목들을 보여준다. 

이러한 기능들은 관련 통신 아티팩트를 효율적으로 탐색 및 편집할 수 있게 해주고, 통신 아티팩트가 변경 또는 적응되더라도 일관된 모델 구조를 보장해 준다. 이러한 작업도 테이블을 통해 수행될 수 있으며, 워크플로우의 마지막 단계에 할당되어 있다.
 
요약
최신 E/E 엔지니어링 환경은 진단 게이트웨이를 통한 라우팅을 포함하는 UDS 및 DoIP 프로토콜을 사용하여 CAN 및 차량 Eth­ernet 기반 진단 통신을 쉽고 빠르게 모델링하는 데 사용될 수 있다. 
1단계에서는 모든 외부 오프보드 및 내부 온보드 진단기와 DUT, 즉 진단 대상 요소를 정의한다. 그런 다음 각 DUT는 관련된 내부 및 외부 진단기에 할당된다. 그리고 개발 툴은 할당을 사용하여 진단기와 DUT 간의 가능한 통신 경로를 결정한다. 그러면 사용자가 선택할 수 있는 여러 경로가 나타난다. 마지막 단계에서 툴은 AUTOSAR에 따른 진단 통신에 필요한 모든 보조 아티팩트를 합성한다. 
이 같은 방법을 통해 DoIP 기반 진단을 위한 통신 인프라 환경을 설정하는 데 필요한 노력을 현저히 줄일 수 있다.

댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.