[논문]차량용 전자제어시스템을 위한 AUTOSAR 대응 경량화 소프트웨어 아키텍처 연구

이강석; 박인석; 선우명호; 이우택

doi:10.7467/ksae.2013.21.1.068

차량용 전자제어시스템을 위한 AUTOSAR 대응 경량화 소프트웨어 아키텍처 연구
AUTOSAR-ready Light Software Architecture for Automotive Embedded Control Systems 원문보기

한국자동차공학회논문집 = Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, v.21 no.1, 2013년, pp.68 - 77

이강석 (창원대학교 대학원 제어계측공학과) , 박인석 (한양대학교 대학원 자동차공학과) , 선우명호 (한양대학교 미래자동차공학과) , 이우택 (창원대학교 제어계측공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents AUTOSAR-ready light software architecture (AUTOSAR-Lite), which is a light weighted version of the AUTOSAR, for automotive embedded control systems. The proposed AUTOSAR-Lite reduces overhead problems caused by the excessive standard specifications of AUTOSAR. Concurrently, AUTOSAR-Lite keeps advantages of AUTOSAR such as a scalability, re-usability, reliability, and transferability. The fundamental design of AUTOSAR-Lite is originated from the AUTOSAR standard. AUTOSAR-Lite is composed of three layers such as an application software, runtime environment, and basic software layer. The application software layer adopts component-based design methodology as AUTOSAR. The runtime environment layer integrates interfaces between application and basic software layers. In case of the basic software layer, restrictions of the module configurations and interfaces of basic software are minimized. In order to validate the feasibility of AUTOSAR-Lite, a software design result based on AUTOSAR-Lite software architecture for electronic throttle control (ETC) system is suggested.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이 연구에서는 AUTOSAR 표준에 부합하는 범용 소프트웨어 아키텍처와 기존의 타겟 특화 소프트웨어 아키텍처의 중요한 특징들을 선별, 채택하여 중소 규모의 차량용 전자제어시스템에 적합한 경량화된 소프트웨어 아키텍처(AUTOSAR-Lite)를 제시하고자한다.

가설 설정

8은 ETC 제어 시스템을 묘사한 그림이다.²⁰⁾ ETC 제어 시스템은 제어 ECU와 기구부로 이루어진다. ETC 기구부는 내부에 DC모터와 ETC의 위치를 검출하여 아날로그 전압으로 출력해주는 위치센서를 포함한다.

제안 방법

BSW 계층의 경우 AUTOSAR와 비교해서 BSW 내부 계층 구조(MCAL & EAL, Comm.) 들을 단순화시킴으로써 효율성을 높이고, 표준 인터페이스에 대해 제약하지 않음으로써 기존 소프트웨어의 활용성을 높이도록 유도하였다.
RTOS로 다양한 기능을 갖는 OS를 배제하고 Non-preemptive 방식의 Static Cyclic Scheduler를 사용하여 태스크의 수행을 보장하며 소프트웨어를 경량화 시켰다. HAL은 ETC 제어 시스템에서 사용되는 Sensor, Actuator와 인터페이스하는 페리페럴을 선정 및 분석하여, 각 페리페럴의 모듈형태로 구성하였다. Serivce는 CAN 네트워크로 부터 입력되는 통신 메시지를 CAN 프로토콜에 맞춰 디코딩 하여 상위 계층으로 전달하는 동작을 수행하도록 구성하였다.
BSW는 Static Cyclic Scheduler와 HAL로 구성된다. RTOS로 다양한 기능을 갖는 OS를 배제하고 Non-preemptive 방식의 Static Cyclic Scheduler를 사용하여 태스크의 수행을 보장하며 소프트웨어를 경량화 시켰다. HAL은 ETC 제어 시스템에서 사용되는 Sensor, Actuator와 인터페이스하는 페리페럴을 선정 및 분석하여, 각 페리페럴의 모듈형태로 구성하였다.
AUTOSAR-Lite의 RTE는 RteHal, RteApplication, RteScheduler의 세 가지 모듈들로 구성된다. Sensor/Actuaotr SwC와 HAL모듈간의 인터페이스와 SwC 간의 인터페이스를 구분하였고, 각각의 커넥터 구현은 RteHal 모듈과 RteApplication 모듈에서 담당한다. 또한 SwC내의 Runnable의 태스크로의 맵핑을 RteScheduler 모듈에서 담당한다.
이 논문에서 제시한 AUTOSAR-Lite는 AUTOSAR 표준과 기존의 타켓 특화 소프트웨어의 중요 특징을 선별, 채택하여 각 소프트웨어 아키텍쳐가 갖는 장점을 계승하였다.
Table 1은 각각 AUTOSAR 와 AUTOSAR-Lite 기반의 ETC제어 소프트웨어를 분석, 비교한 결과이다. 이 논문에서는 ETC제어 소프트웨어의 RTE와 BSW만을 대상으로 분석한 결과를 나타내었으며 AUTOSAR 기반의 ETC 제어 소프트웨어는 상용 프로그램을 이용하여 생성하였다.

데이터처리

Table 1에서는 각 소프트웨어의 파일, 코드, 함수의 개수 및 크기를 나타내었으며 소프트웨어 코드의 복잡성을 나타낼 수 있는 지표인 순환 복잡도(Cyclomatic complexity)²¹⁾를 분석하여 나타내었다. Table 1의 결과에서 확인할 수 있듯이 AUTOSAR-Lite 기반의 소프트웨어는 AUTOSAR 기반의 소프트웨어에 대비하여 21% 수준의 함수 개수를 갖는다.

이론/모형

Sensor/Actuator SwC와 BSW와의 통신 인터페이스는 AUTOSAR 표준의 Server-client 방식을 채택하였으며 SwC간의 통신 인터페이스는 Sender-receiver 방식을 채택하였다.

성능/효과

1) AUTOSAR에서는 방대한 규모의 표준 사양들을 요구¹³⁾하고 있기 때문에 이를 만족하는 소프트 웨어 모듈을 만들기가 쉽지 않다. 또한 기존에 사용되던 소프트웨어 모듈, 가령 어플리케이션 모듈, OS, BSW의 재사용하기 위해서는 적지 않은 시간과 노력을 요구한다.
13) 이러한 사양을 모두 만족하는 포트와 통신 인터페이스의 구성을 위하여 상용 프로그램을 사용하는 경우 코드의 복잡성이 증가하게 되며 이는 BSW의 경우와 마찬가지로 상대적으로 높은 성능의 프로세서와 큰 메모리 용량을 필요로 하여 개발 비용이 증가하게 된다.
2) ASW는 컴포넌트 기반 설계로 기본적인 개념은 AUTOSAR 표준과 동일하다.
3) RTE는 역할에 따라 세 가지 모듈로 구분하여 구성하고 계층간, SwC간의 인터페이스 및 Runnable의 태스크로의 맵핑을 담당한다.
4) BSW는 내부 계층 구조를 단순화시키고 표준 인터페이스에 대해 제약하지 않음으로써 개발 효율성을 높이고, 기존 소프트웨어의 활용성을 높였다.
AUTOSAR 표준을 준수함으로써, 소프트웨어의 모듈화(Modularity), 확장성(Scalbility), 전이성(Transferbility), 재사용성(Reusability) 들이 향상되는 긍정적인 효과들을 얻을 수가 있으며, 이를 바탕으로 장기적으로 개발 비용과 시간을 절감할 수 있을 것으로 평가 받는다.^18,19)
반면 AUTOSAR-Lite 기반의 소프트웨어는 AUTOSAR 기반의 소프트웨어에 대비하여 12% 수준의 순환 복잡도를 갖는다. 또한 31% 수준의 코드 라인 수와 8% 수준의 파일 개수로 AUTOSAR-Lite 기반의 소프트웨어가 AUTOSAR 기반의 소프트웨어에 대비하여 소프트웨어 복잡성이 낮다는 것을 확인할 수 있다. 이로 인하여 소프트웨어의 개발 요구 비용, 프로세서 성능, 메모리 용량 등의 오버헤드를 줄일 수 있다.
AUTOSAR-Lite에 따라 구성된 ETC 제어 소프트웨어는 AUTOSAR 기반의 소프트웨어 대비 파일 및 함수의 개수, 코드 라인 수가 작다. 또한 AUTOSAR 기반의 소프트웨어 대비 낮은 순환 복잡도를 갖고, 기존에 사용하던 Legacy 코드 및 BSW를 재사용 할 수 있다. 따라서 코드가 단순하고 소프트웨어 개발 비용, 개발효율, 프로세스 요구 성능 면에서 오버헤드를 줄일 수 있다.
위치 제어 성능은 정상상태 오차 2%, 정착시간 100ms 이내, 백분율 오버슈트 0%로서 요구되는 ETC의 제어 성능을 만족한다. 또한 이 결과를 통해 제시된 AUTOSAR-Lite에 따라 구성된 ASW의 SwC와 Runnable 그리고 RTE 및 BSW의 모든 모듈이 정상적으로 동작함을 확인할 수 있다.
AUTOSAR-Lite는 AUTOSAR 표준에 기반을 둔 계층적 구조로 구성된다. 또한 컴포넌트 기반 설계로 기본적인 개념은 AUTOSAR 표준과 동일하며 다른 SwC의 존재 및 위치 등에 대한 정보 없이 독립적으로 설계가 가능하다. 반면 Basic Software Layer의 경우, Specific software architecture 의 경우와 마찬가지로 하드웨어에 종속적인 구현을 허용함으로써 요구 하드웨어 리소스를 낮추고 소프트웨어를 경량화, 단순화 하였다.
제시된 AUTOSAR 대응 경량화 소프트웨어 아키텍처를 이용하여 적은 비용으로 소프트웨어의 개발용이성, 유지보수성, 재사용성, 신뢰성을 확보할 수 있다. 또한 개발된 소프트웨어를 효율적으로 AUTOSAR 표준으로 전이할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	AUTOSAR의 개발 프로세스의 구성은?	번째 단계에서는 가상의 통신 계층인 Virtual functional bus(VFB)를 통해 연결되는 어플리케이션 소프트웨어 컴포넌트(Software Component, SwC) 들을 개발한다. 이 과정에서 하드웨어와 네트워크에 의존적인 정보들은 배제되기 때문에 하드웨어나 네 트워크의 설계 변경으로 인한 의존성을 최소화하고 어플리케이션의 기능적인 요소에 집중하여 개발이 이루어진다. 두 번째 단계에서는 ECU 하드웨어 설계 정보를 기초로, SwC 들의 ECU 배치가 결정되고 가상 계층이었던 VFB가 각각의 ECU 별로 Runtime environment(RTE)라는 이름의 통합 계층으로 구현된다.
	AUTOSAR 표준에서 정의하는 소프트웨어 구조는 무엇을 기초로 하는가?	AUTOSAR 표준에서 정의하는 소프트웨어 구조는 계층 구조를 기초로 하고 있으며, 크게 Application software(ASW), RTE, Basic software(BSW) 들로 구성되어 있다. 각각의 계층들은 표준화 된 API를 이용하여 연결되며 Fig.
	AUTOSAR 컨소시엄이 결성된 이유는?	AUTOSAR 컨소시엄은완성차, 부품회사, 설계도구 개발 회사들이 개방형 표준 차량용 소프트웨어 플랫폼을 제시하기 위하여 결성 되었다. 2005년 초에 최초로 Release 1.

참고문헌 (21)

N. Navet, Y. Song, F. Simonot-Lion and C. Wilwert, "Trends in Automotive Communication Systems," Proceedings of the IEEE, Vol.93, pp.1204-1223, 2005.

상세보기
M. Broy, I. Kruger, A. Pretschner and C. Salzmann, "Engineering Automotive Software," Proceedings of the IEEE, Vol.95, pp.356-373, 2007.
S. Voget, "Future Trends in Software Architectures for Automotive Systems," Advanced Microsystems for Automotive Applications, Germany, pp.457-469, 2003.
J. Kim, G. Bhatia, R. Rajkumar and M. Jochim, "An AUTOSAR-Compliant Automotive Platform for Meeting Reliability and Timing Constraints," SAE 2010-01-0448, 2011.
K. Lakshmanan, G. Bhatia and R. Rajkumar, "Integrated end-to-end Timing Analysis of Networked AUTOSAR-compliant Systems," in Design, Automation & Test in Europe Conference & Exhibition (DATE), pp.331-334. 2010.
A. Graf, M. Jehle and G. Winkler, "Open Engine Management System for Future Engine Concepts Using the Example of the PowerSAR - Powertrain Manager," SAE 2011-01-0209, 2011.
G. Park, S. Lee, D. Kum, C. Choi, W. Lee and W. Won, "Development of Software Component for EPS System based on AUTOSAR," Annual Conference Proceedings, KSAE, pp.1867-1873, 2009.
J. Kim, W. Lee, S. Hong, S. Oh and K. Lee, "Development Technique of the AUTOSAR Standard-Based Body System Software," Spring Conference of KSAE, Vol.3, pp.1423-1428, 2006.
C. Lim, J. Kim and W. Lee, "Development of a SW Platform for a MPC5554 Based Control System," Symposium of Electric, Electronics and ITS part, KSAE, pp.72-77, 2006.
O. Niggemann, U. Eisemann, M. Beine and U. Kiffmeier, "Behavior Modeling Tools in an Architecture-driven Development Process - From Function Models to AUTOSAR," SAE 2007-01-0507, 2007.
R. Yerushalmi and R. A. Felice, "Implementing AUTOSAR Atomic Software Components Using UML/SYSML in C," SAE 2010-01-0265, 2010.
N.-Y. Cho, M.-G. Kyung and D. Min, "Development of AUTOSAR Conformance Test Architecture Modeling Tool Using Eclipse GMF," Proceedings of Korea Computer Congress 2010, Vol.37, No.1(B), pp.337-340, KIISE, pp.337-340, 2010.
S. Bunzel, "Overview on AUTOSAR Cooperation," in 2nd AUTOSAR Open Conference, Tokyo, Japan, 2010.
AUTOSAR Consortium, List of Basic Software Modules Ver.1.5.0, Release 4.0, Rev2, 2010.
AUTOSAR Consortium, Layered Software Architecture Ver.3.1.0, Release.4.0, Rev2, 2010.
AUTOSAR Consortium, Specification of Communication, Ver.4.1.0, Release.4.0, Rev2, 2010.
T. M. Galla and R. Pallierer, "AUTOSAR - Challenges and Solutions from a Software Vendor's Perspective," Elektrotechnikund Informationstechnik, Vol.128, pp.234-239, 2011.

상세보기
M. Di Natale and A. L. Sangiovanni-Vincentelli, "Moving from Federated to Integrated Architectures in Automotive: The Role of Standards, Methods and Tools," Proceedings of the IEEE, Vol.98, pp.603-620, 2010.

상세보기
D. Choi, D. Hong and S. Hong, "Embedded Real-time Software Architectures for Automotive Systems," Symposium of Electric, Electronics and ITS Part, KSAE, pp.43-50, 2005.
S. Jin, J. Kang and W. Lee, "Electronic Throttle Body Model Allowing for Non-linearity of DC Motor Driver," Transactions of KSAE, Vol.16, No.1, pp.71-77, 2008.
T. J. McCABE, "A Complexity Measure," IEEE Transactions on Software Engineering, Vol.SE-2, pp.308-320, 1976.

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표제어: PCR

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