AUTOSAR에서 통신 속도 최적화를 위한 설계 팁

차량 통신의 복잡성과 AUTOSAR의 역할

차량의 전장 시스템의 각 기능은 독립된 전자제어장치(ECU)에 분산되어 있으며, 이들 간의 통신은 차량의 안정성과 성능을 결정짓는 핵심 요소가 된다. 예를 들어, ADAS(첨단 운전자 보조 시스템), 전자 브레이크, 전자 조향 시스템은 실시간 통신 없이 제대로 작동할 수 없다. 이처럼 수십 개의 ECU가 CAN, LIN, FlexRay, Ethernet과 같은 다양한 통신 프로토콜을 통해 서로 정보를 주고받는 환경에서는 통신 속도와 지연시간을 어떻게 최적화하느냐가 품질과 안전성에 직결된다.

AUTOSAR는 이러한 통신의 복잡성을 체계적으로 관리하기 위해, 통신 관련 모듈을 포함한 계층화된 소프트웨어 아키텍처를 제공한다. AUTOSAR는 통신 기능과 더불어 데이터 흐름의 구조화, 타이밍 제어, 데이터 일관성 보장, 프로토콜 별 모듈 분리 등 다양한 최적화 기반을 함께 제시한다. 특히 COM, PduR, CanIf, CanTp, SoAd, DoIP 등과 같은 통신 관련 BSW(Basic Software) 모듈들은 각자의 역할을 수행하며, 통신 효율성을 좌우하는 핵심 구조를 이룬다. 하지만 단지 AUTOSAR 구조를 사용하는 것만으로는 성능 최적화가 보장되지 않는다. 설계자가 통신 구조와 데이터 흐름을 어떻게 구성하고, 어떤 방식으로 설정하는가에 따라 통신 품질은 천차만별로 달라진다.

 

신호 주기와 데이터 우선순위 조정 전략

통신 속도 최적화를 위해 가장 먼저 고려해야 할 요소는 신호의 전송 주기 설정이다. AUTOSAR COM 모듈에서는 각 신호(또는 I-PDU)에 대해 주기적 전송 주기(Periodic Transmission)와 이벤트 기반 전송(Event-triggered Transmission)을 선택할 수 있다. 불필요한 신호를 너무 자주 전송하면 CAN 버스의 Bandwidth가 낭비되고, 우선순위가 낮은 중요한 메시지가 버스에 밀려 지연될 수 있다. 반대로 너무 느리게 전송하면 실시간성이 요구되는 기능이 제대로 작동하지 않을 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 설계자는 신호의 중요도에 따라 전송 주기를 분류해야 한다. 예를 들어 브레이크 상태, 속도 정보 등은 10ms 이하로 빠르게 주기를 설정하고, 인포테인먼트 관련 정보는 수백 ms 주기로 설정하여 통신 자원을 효율적으로 사용할 수 있다. 또한 CAN에서는 메시지 ID가 곧 우선순위를 의미하기 때문에, ID 설계 시 신호 중요도에 따라 높은 우선순위를 가진 ID를 배치해야 한다.

추가로, AUTOSAR COM 모듈에서는 Threshold 설정 기능을 활용할 수 있다. 이 기능은 일정 범위 이상의 값 변화가 있을 때만 이벤트 전송을 수행하게 하여, 무의미한 소수점 변화나 잡음으로 인한 과도한 통신을 줄여준다. 신호 변화량이 의미 있을 때만 전송되도록 하여, 전체 네트워크 부하를 줄이고 처리 속도를 높이는 효과를 얻을 수 있다.

 

I-PDU Packing과 Gateway 설정 최적화

AUTOSAR에서는 I-PDU(Interaction Protocol Data Unit)라는 단위를 통해 다수의 신호를 묶어 전송할 수 있다. 이는 신호 하나하나를 개별적으로 전송하는 방식보다 효율적이며, I-PDU Packing을 잘 구성하면 CAN 프레임 하나에 여러 신호를 탑재하여 전송 빈도를 줄이고, 전송량을 최적화할 수 있다. 그러나 무작정 신호를 묶는다고 해서 성능이 좋아지는 것은 아니다. 상호 관련 없는 신호를 같은 I-PDU로 묶게 되면, 하나의 신호 변경으로 인해 불필요하게 전체 I-PDU가 반복적으로 전송될 수 있다.

따라서 설계자는 논리적으로 연관된 신호 그룹끼리만 묶는 방식을 취해야 하며, PDU의 업데이트 주기 또한 이 신호 그룹 내 가장 짧은 주기에 맞춰야 한다. 또 하나의 고려사항은 Gateway 설정이다. AUTOSAR Gateway 기능은 하나의 ECU가 다른 버스 간의 메시지를 중계할 수 있도록 한다. 예를 들어, CAN에서 수신한 신호를 Ethernet으로 전달하거나, LIN에서 받은 센서 값을 CAN으로 전송하는 경우이다. 이때 중복된 데이터 변환이나 타이밍 지연이 발생하지 않도록, Gateway Routing Table과 Signal Mapping 구조를 간결하게 설계해야 한다.

Gateway 기능을 잘 활용하면 ECU 수를 줄이면서도 다양한 네트워크 간 통신을 처리할 수 있지만, Routing 경로가 복잡해질수록 지연 시간이 발생할 수 있다. 따라서 최소한의 변환 경로를 설정하고, 중복 경로는 제거하여 데이터 흐름을 직선적으로 만드는 것이 통신 속도 향상에 효과적이다.

 

BSW 모듈 간 최적 연결 구조 설계

AUTOSAR는 통신을 위한 다양한 모듈을 제공하며, 이들 모듈은 층위별로 나누어져 있다. 신호가 상위 Application Layer에서 생성되면, COM → PduR → CanIf → CanDrv 순으로 흐른다. 이 구조는 명확하고 모듈화되어 있어 유지보수에는 좋지만, 불필요하게 설정이 복잡하거나 연결이 비효율적일 경우 성능 저하가 발생할 수 있다.

예를 들어, PduR 모듈에서 Routing Rule을 과도하게 설정하거나, 하나의 PDU가 지나치게 많은 모듈을 거쳐야 하는 구조는 지연을 초래할 수 있다. 이를 방지하기 위해 설계자는 통신 흐름을 단순화하고, 필수 경로만 남기도록 구성해야 한다. 사용하지 않는 라우팅 경로는 과감히 제거하고, 각 모듈의 Buffer 크기 설정 또한 신호의 최대 사이즈에 맞게 조정해야 한다.

또한, CAN Transport Protocol(CanTp)을 사용하는 경우에는 블록 사이즈와 전송 윈도우 사이즈, 세그먼트 타이머 등의 값을 조정하여 효율적인 다중 프레임 전송이 가능하게 해야 한다. 이러한 설정이 잘못되면, 하나의 진단 메시지 전송에 수백 ms 이상의 지연이 발생하기도 한다. 설계자는 통신 경로 분석 도구를 활용하여 각 모듈 간의 처리 시간과 병목 지점을 확인하고, 이에 따른 구조 개선을 주기적으로 검토해야 한다.

 

테스트, 시뮬레이션, 통신 부하 분석을 통한 검증 전략

설계만으로 통신 속도가 최적화된다고 보장할 수는 없다. 최종적으로는 실제 차량 환경 또는 HIL(Hardware-in-the-Loop) 환경에서의 테스트와 시뮬레이션을 통해 성능을 검증해야 한다. 대표적인 방법으로는 버스 로딩 분석이 있다. 이는 특정 시간 동안 CAN, LIN, Ethernet 등의 통신 버스가 얼마나 점유되고 있는지를 측정하는 방식으로, 과도한 트래픽이 발생하거나 특정 ECU가 비정상적으로 데이터를 전송하는지 확인할 수 있다.

이때 CANoe, CANalyzer, Vector의 TraceTool, ETAS INCA 등 전문 시뮬레이션 도구를 활용하여 각 신호의 전송 주기, 지연 시간, 응답 시간 등을 상세히 분석할 수 있다. 특히 진단 통신의 경우 CAN Tp 및 DoIP를 사용하면서 다중 ECU가 동시에 데이터를 전송할 때의 응답 성능을 측정하는 것이 중요하다. 통신이 병목되는 구간이나 PDU 재전송, 신호 Drop 현상이 발견된다면, 그 원인을 구조적으로 분석하여 개선해야 한다.

또한 테스트 단계에서는 이벤트 로그를 기반으로 한 타임 스탬프 비교를 통해 통신 지연 원인을 구체적으로 식별할 수 있다. 이를 통해 신호 단위에서의 최적화가 실제 시스템 성능에 어떤 영향을 주는지를 객관적으로 검증할 수 있으며, 이러한 피드백은 다시 설계에 반영되어 전체 시스템 품질을 향상시킨다. 정기적인 통신 성능 검증과 피드백 루프는 차량 소프트웨어가 지속적으로 고도화되는 데 필수적인 개발 문화다.

 

결론

AUTOSAR 환경에서의 통신 속도 최적화는 아키텍처 설계, 신호 구성 전략, BSW 연결 방식, 그리고 실차 검증까지 전 영역에 걸친 통합적 접근이 필요하다. 설계자가 신호 주기와 우선순위를 조정하고, 효율적인 I-PDU 구성을 적용하며, 모듈 간 흐름을 간소화하는 과정은 차량의 통신 품질을 좌우한다.

앞으로 차량 통신은 더 고속화되고, V2X, TSN 기반 Ethernet 등 새로운 기술이 적용될 예정이다. 이에 따라 통신 최적화 역량은 선택이 아니라 필수이며, AUTOSAR 구조를 정확히 이해하고 최적화 전략을 실무에 적용할 수 있는 능력은 미래의 ECU 개발자에게 매우 중요한 경쟁력이 될 것이다.