AUTOSAR을 활용한 자동차 ECU 소프트웨어 구조 설계

차량용 ECU 소프트웨어의 변화와 AUTOSAR의 필요성

오늘날의 자동차는 자율주행, 전기차 제어, 인포테인먼트 등 수많은 전자 제어 기능이 차량 안에 집약되어 있다. 이 모든 기능들은 전자제어장치(ECU, Electronic Control Unit)에 탑재된 소프트웨어로 구현된다. 하나의 차량에 탑재된 ECU는 보통 수십 개에 달하며, 이들이 유기적으로 동작해야만 차량 전체 시스템이 원활히 작동한다.

하지만 제조사마다, 협력사마다 ECU 개발 방식이 제각각이라면 어떻게 될까? 동일한 기능을 구현하더라도 코드 호환이 되지 않거나, 시스템 통합 단계에서 오류가 발생하기 쉽다. 이런 문제를 해결하고 표준화된 ECU 소프트웨어 아키텍처를 제시하기 위해 등장한 것이 바로 AUTOSAR (AUTomotive Open System ARchitecture)다.

AUTOSAR는 차량용 ECU 소프트웨어의 설계, 통신, 실행 방식 등을 표준화하여 협력사 간 통합을 쉽게 하고, 하드웨어와 소프트웨어의 독립성을 보장하는 구조를 제시한다. 본 글에서는 AUTOSAR 구조를 기반으로 자동차 ECU 소프트웨어를 어떻게 설계해야 하는지, 실무적인 접근 방법과 주요 요소들을 중심으로 상세히 정리한다.

 

ECU 소프트웨어 구조 설계를 위한 AUTOSAR 기본 개념

AUTOSAR 아키텍처는 크게 Application Layer, RTE(Runtime Environment), Basic Software(BSW), 그리고 MCAL(Microcontroller Abstraction Layer)로 나뉘며, 이 계층 구조는 기능 모듈화와 계층 간 역할 분리를 통해 시스템 설계의 복잡도를 획기적으로 낮춘다.

1) Application Layer

이 계층은 실제 차량 기능을 수행하는 소프트웨어 컴포넌트(SWC)가 존재하는 영역이다. 예를 들어 조향 보조, 차체 안정 제어, 자동 와이퍼 작동 등의 로직이 여기에 구현된다. 개발자는 AUTOSAR에서 정의한 Port와 Interface를 기반으로 데이터 흐름을 설계하고, 기능을 Runnable이라는 단위로 구현한다.

2) RTE (Runtime Environment)

RTE는 Application Layer와 BSW 사이에서 데이터 흐름을 연결해주는 미들웨어다. 컴포넌트 간 직접 통신을 막고, 모든 통신은 RTE를 통해 이뤄진다. 이는 소프트웨어 간의 결합도를 낮추고, 재사용성과 유지보수성을 극대화한다.

3) BSW (Basic Software)

BSW는 ECU의 핵심 운영 기능을 수행한다. OS(Task 스케줄링), COM(CAN, LIN 등 통신 처리), Diagnostic(진단 통신), Memory(NvM, EEPROM) 등 기능을 제공하며, 소프트웨어가 하드웨어의 세부 사항을 신경 쓰지 않도록 돕는다.

4) MCAL (Microcontroller Abstraction Layer)

MCAL은 하드웨어 추상화 계층으로, 실제 마이크로컨트롤러의 레지스터를 제어하는 드라이버들을 포함한다. DIO, ADC, CAN Driver, PWM 등 MCU에 맞게 최적화된 코드가 여기에 포함된다.

이러한 계층 구조 덕분에, AUTOSAR 기반의 ECU는 마이크로컨트롤러나 플랫폼이 변경되어도 소프트웨어를 재사용할 수 있으며, 프로젝트 간 호환성 확보가 쉬워진다.

 

AUTOSAR 기반 ECU 설계 프로세스 흐름

AUTOSAR 기반 ECU 소프트웨어를 설계할 때는 전체 시스템을 모델링하고 표준화된 절차에 따라 단계별로 개발해야 한다. 아래는 대표적인 설계 프로세스다:

1단계: 시스템 요구사항 분석

차량 기능에 대한 요구사항을 수집하고, 이를 기능 단위로 나눈다. 예를 들어, '차선 이탈 경고 시스템'의 경우 카메라 신호 처리, 판단 알고리즘, 드라이버 경고 기능으로 세분화할 수 있다.

2단계: Software Component 설계

기능별로 SWC를 정의하고, 각 컴포넌트가 어떤 데이터를 주고받는지 Port 및 Interface를 설계한다. 이 단계에서는 Interface의 방향(S-R 또는 C-S), 데이터 타입, 신호 주기 등이 함께 정의된다.

3단계: RTE 매핑 및 Timing 설정

설계된 SWC의 Runnable을 RTE에 매핑하고, OS의 Task에 어떤 주기로 실행될지를 설정한다. 이 단계는 TimingEvent, ModeSwitchEvent, DataReceivedEvent 등을 포함한다.

4단계: BSW 설정

ECU에서 사용할 통신 방식(CAN, LIN 등), 메모리 설정, 진단 기능 등을 BSW Configuration Tool(예: EB tresos, DaVinci Configurator)로 설정한다. 설정값은 ARXML 파일로 저장된다.

5단계: 코드 생성 및 통합 테스트

설정된 ARXML 파일을 기반으로 코드 생성 툴이 RTE, BSW, OS 설정 코드를 자동 생성한다. 이후 Application 코드를 작성하고 전체를 컴파일, 빌드하여 HIL 테스트, 시뮬레이션 등을 수행한다.

이러한 과정을 거치면 차량 기능이 반영된 ECU 소프트웨어를 표준화된 구조로 구현할 수 있으며, 타 ECU와도 원활하게 통합된다.

 

실무에서의 적용 전략 및 고려사항

ECU 소프트웨어를 설계할 때는 실질적인 문제 해결을 위한 전략이 필요하다. 아래는 실무에서 반드시 고려해야 할 포인트다:

1) 기능 분산 설계

복잡한 기능을 하나의 ECU에 몰아넣는 것은 유지보수와 성능 측면에서 불리하다. 가능한 경우 기능을 여러 SWC로 나누고, 이들을 다른 ECU로 분산 배치할 수 있도록 설계해야 한다. 이는 AUTOSAR의 주요 철학 중 하나인 '모듈화(Modularity)'와도 일치한다.

2) 통신 자원 최적화

CAN, LIN, Ethernet 등의 통신 자원을 사용하는 모든 데이터는 BSW에서 COM, PduR, CanIf 등을 통해 처리된다. 이 과정에서 발생할 수 있는 버스 로딩, 우선순위 충돌, 데이터 유실 등을 사전에 분석해야 한다. 이를 위해 통신 매트릭스 설계 단계에서 각 신호의 주기와 크기를 정밀하게 설정해야 한다.

3) 포트, 인터페이스 표준화

회사 또는 프로젝트 내부에서 포트 및 인터페이스의 네이밍 규칙, 데이터 타입 정의 방식을 표준화해두면 통합 시 오류 발생 가능성을 줄일 수 있다. 동일한 기능을 다른 차량 모델에서도 재사용할 수 있어 유지보수 비용도 절감된다.

4) 툴체인 호환성 확보

AUTOSAR는 버전에 따라 ARXML 스펙과 툴의 호환성이 달라진다. 예를 들어 4.2.2 버전에서 생성한 파일이 4.4.0에서 오류를 유발하는 경우도 있다. 따라서 사용하는 모든 툴(설계, Config, RTE 생성기, 컴파일러 등)의 AUTOSAR 호환성을 사전에 점검하는 것이 매우 중요하다.

5) 테스트 자동화 및 커버리지 확보

설계한 ECU 소프트웨어는 반드시 SIL(Software-In-the-Loop), HIL(Hardware-In-the-Loop) 테스트를 거쳐야 한다. 가능한 경우 테스트 케이스 자동 생성 및 커버리지 분석 도구를 함께 사용하여, 기능 검증과 함께 품질 인증도 동시에 만족시켜야 한다.

 

마무리 요약

ECU 설계자는 기능을 구현하는 데 그치지 않고, 전체 시스템의 데이터 흐름, 타이밍, 자원 배분, 코드 구조까지 고려하여 설계를 진행해야 한다.
AUTOSAR의 핵심 철학은 “기능을 구현하면서도, 향후 확장과 통합까지 고려한 구조를 만드는 것”이다.

앞으로 차량 전장 시스템이 더 복잡해지고, 다양한 ECU가 실시간으로 연동되는 환경이 될수록 AUTOSAR 기반의 구조적 설계 역량은 더욱 중요한 경쟁력이 될 것이다.