AUTOSAR Communication Stack 구조와 역할 분석

차량 내부 통신의 복잡성과 AUTOSAR Communication Stack의 중요성

자동차 가장 중요한 요소 중 하나가 바로 통신(Communication)이다. ECU 간 정보 전달은 다양한 통신 프로토콜(CAN, LIN, FlexRay, Ethernet 등)을 통해 이뤄지며, 이를 안정적이고 확장 가능하게 구성하는 것이 차량 소프트웨어 설계의 핵심이 된다.
바로 이 지점에서 등장하는 것이 AUTOSAR Communication Stack이다.

AUTOSAR Communication Stack은 차량 내부의 다양한 통신 방식을 소프트웨어적으로 추상화하여, 개발자가 물리적인 통신 방식을 직접 다루지 않고도 안정적으로 데이터 송수신을 구현할 수 있도록 설계된 구조다. 데이터를 보내고 받는 것을 넘어서, 데이터의 흐름을 제어하고, 패킷을 변환하며, 오류를 감지하는 등 복합적인 역할을 수행한다. 본 글에서는 AUTOSAR Communication Stack의 구조를 계층별로 분해해 설명하고, 각 계층이 차량 내에서 어떤 역할을 수행하는지를 구체적으로 분석한다.

 

AUTOSAR Communication Stack의 계층 구조 개요

AUTOSAR Communication Stack은 OSI 7계층 모델에서 착안한 구조로, 하드웨어와 애플리케이션 사이에 위치하여 통신의 중개자 역할을 수행한다. 이 구조는 하드웨어 독립성과 모듈화된 개발을 가능하게 하며, ECU 설계의 일관성을 보장하는 데 매우 유리하다. Communication Stack은 대체로 다음과 같은 주요 계층으로 구성된다:

1. Microcontroller Abstraction Layer (MCAL)
   • 가장 하위 계층으로, 실제 물리적 통신 하드웨어(CAN, LIN, FlexRay 등)에 대한 접근을 담당한다.
   • CAN Driver, LIN Driver, Ethernet Driver 등이 포함되며, 하드웨어 제조사에 따라 다르게 구현된다.
2. ECU Abstraction Layer
   • MCAL 위에서 동작하며, 하드웨어 의존성을 제거한다.
   • 하드웨어 세부 정보에 상관없이 상위 모듈이 동일하게 동작할 수 있도록 한다.
3. Communication Services Layer (COM Services)
   • 핵심 통신 기능을 처리하는 계층으로, PDU Router, COM Module, IPDU Multiplexer 등 다양한 모듈이 포함된다.
   • 이 계층이 바로 Application과 물리 계층을 연결하는 중심 허브 역할을 한다.
4. Application Layer
   • 실제 차량 기능 로직을 포함하는 소프트웨어 컴포넌트(SWC)가 위치한다.
   • 통신 데이터의 송수신 요청은 이 계층에서 시작된다.

각 계층은 서로 독립적이지만, 잘 정의된 인터페이스를 통해 데이터 흐름을 처리하며, 중복 없이 기능이 분산되어 있다. 이 구조 덕분에 AUTOSAR 기반 차량은 복잡한 통신 환경에서도 안정적인 데이터 처리를 유지할 수 있다.

 

각 모듈의 역할 상세 분석: COM, PDU Router, CAN Interface 등

AUTOSAR Communication Stack을 구성하는 모듈들 중에서도, COM 모듈과 PDU Router, 그리고 다양한 Interface 계층은 핵심적인 역할을 수행한다. 이들은 통신 경로의 각 단계에서 데이터를 조작하거나 전달하고, 경우에 따라 필터링과 매핑 기능도 함께 수행한다.

✅ COM 모듈 (Communication Module)

COM 모듈은 Application Layer의 소프트웨어 컴포넌트와 통신 스택을 연결하는 중간 역할을 한다. SWC에서 송신하고자 하는 데이터는 COM을 통해 포맷이 지정되며, 이 모듈이 해당 데이터를 PDU(Packet Data Unit) 형식으로 패킹하여 하위 모듈로 전달한다. 반대로 수신 데이터는 PDU에서 Signal 단위로 언패킹되어 SWC에 전달된다.

COM 모듈은 주기적 전송 설정, 신호 필터링, 데이터 유효성 체크 등 다양한 고급 기능도 지원한다. 이 덕분에 ECU 간 통신의 품질과 안정성이 향상된다.

✅ PDU Router (PduR)

PDU Router는 여러 통신 프로토콜(CAN, LIN, FlexRay 등) 사이에서 PDU 단위로 데이터를 라우팅하는 역할을 한다. 예를 들어, 상위 애플리케이션이 전송 요청한 데이터를 실제 어떤 통신 드라이버로 전달할지 결정하며, 수신된 데이터를 어느 컴포넌트로 전달할지도 결정한다.

PDU Router는 특히 게이트웨이 ECU에서 중요한 역할을 한다. 서로 다른 네트워크 프로토콜 간의 데이터 교환이 필요한 경우, 이 모듈이 데이터 흐름의 중심에 위치한다.

✅ CAN/LIN/FlexRay/Ethernet Interface

각 통신 프로토콜에 따라 별도의 Interface 모듈이 존재한다. 이들 모듈은 상위에서 내려온 PDU를 실제 드라이버(MCAL 계층)로 전달하며, 하드웨어 의존성을 제거하는 중간 계층으로 작동한다.

이러한 Interface 계층은 통신 오류 감지, 재시도 설정, 버스 모니터링 등도 함께 처리하여, 보다 견고한 통신 환경을 구성한다.

 

실무에서의 적용 방식과 개발 시 고려사항

AUTOSAR Communication Stack은 이론적으로는 계층화된 구조로 잘 정의되어 있지만, 실제 차량 ECU 개발 현장에서는 각 모듈의 설정, 타이밍, 데이터 흐름 매핑 등이 복잡하게 얽혀 있다. 따라서 개발자는 통신 스택을 "데이터 전달 경로"가 아닌 통합 설계 요소로 인식하고 다뤄야 한다.

먼저, 통신 매트릭스 설계(Communication Matrix Design)가 선행되어야 한다. 차량 내 각 ECU 간 어떤 신호가 오가야 하는지, 그 신호의 주기, 데이터 길이, 중요도 등을 문서화하는 작업이 필요하다. 이 문서를 기반으로 각 모듈의 설정값(ARXML 파일)이 작성된다.

그 다음 단계는 툴을 통한 설정 및 코드 생성이다. DaVinci Configurator, EB tresos, Vector CANdb++ 등 툴을 사용하여 각 모듈의 Config를 설정하고, 이를 기반으로 자동으로 생성되는 코드를 프로젝트에 통합한다. 이때 반드시 타이밍 분석, 버스 로딩 계산, 우선순위 지정 등이 병행되어야 한다.

마지막으로, 테스트 및 검증 단계에서는 CANoe 또는 dSPACE 같은 시뮬레이션 도구를 통해 전체 통신이 기대대로 이루어지는지 확인한다. 예기치 못한 타이밍 지연, 누락된 신호, 오버플로우 등은 이 단계에서 검출되며, ECU 간 통신 오류는 시스템 전체에 영향을 주기 때문에 반드시 꼼꼼한 검증이 필요하다.

 

✅ 마무리 요약

AUTOSAR Communication Stack은 단순한 통신 경로를 넘어서, 복잡한 차량 네트워크의 중추적 역할을 담당하는 핵심 구조다. COM, PDU Router, Interface 모듈 등은 계층화된 구조를 통해 모듈 간 독립성과 재사용성을 보장하며, 이를 통해 ECU 간 안정적이고 확장 가능한 통신이 가능해진다. 실무에서는 각 계층의 정확한 이해와 함께, 통신 매트릭스 설계, Config 설정, 타이밍 관리까지 종합적인 접근이 필요하다.

AUTOSAR 통신 스택을 제대로 이해하고 활용하는 능력은, 곧 복잡한 차량 시스템을 효율적으로 통제하는 소프트웨어 역량을 의미한다. 차량 소프트웨어의 미래를 설계하고자 하는 개발자라면, Communication Stack은 반드시 숙지해야 할 핵심 기술이다.