AUTOSAR MCAL이란? 하드웨어 추상화의 핵심

자동차 소프트웨어에서 하드웨어 추상화가 필요한 이유

자동차 안에는 수십 개의 ECU(Electronic Control Unit)가 탑재되어 있다. 이러한 ECU는 센서 데이터를 수집하고, 연산 결과를 기반으로 액추에이터를 제어하는 다양한 역할을 수행한다. 문제는 이들 ECU가 다양한 제조사의 마이크로컨트롤러(MCU) 위에서 동작하며, 그 하드웨어 환경이 천차만별이라는 점이다. 이로 인해 동일한 소프트웨어라도 다른 ECU에서 그대로 사용할 수 없고, 하드웨어마다 커스터마이징이 필요해 개발 생산성이 크게 저하된다.

이러한 비효율을 해결하고자 AUTOSAR(Automotive Open System Architecture)는 MCAL(Microcontroller Abstraction Layer)이라는 개념을 도입했다. MCAL은 하드웨어를 직접 제어해야 하는 소프트웨어 계층을 표준화하여, 하드웨어와 상위 소프트웨어 간의 결합도를 낮추는 역할을 한다. 다시 말해, AUTOSAR MCAL은 하드웨어 종속성을 제거하고, 플랫폼 간의 소프트웨어 재사용을 가능하게 해주는 핵심 계층인 것이다. 본 글에서는 MCAL의 구조와 주요 모듈, 동작 원리, 실무 적용 방식까지 정리하여, 하드웨어 추상화의 본질과 그 중요성을 완전히 이해할 수 있도록 돕고자 한다.

 

MCAL의 개념과 구성 구조

MCAL은 AUTOSAR Basic Software(BSW)의 최하단에 위치한 계층으로, 하드웨어 자원을 직접 제어하는 드라이버들의 모음이다. 이 계층은 상위 BSW와 Application Software가 하드웨어의 세부 사항을 몰라도 동작할 수 있도록 중간 역할을 한다. 다시 말해, 하드웨어마다 달라질 수 있는 레지스터, 핀 설정, 클록 등 로우레벨 제어를 캡슐화해 상위 계층에는 표준화된 API만 제공하는 것이다.

MCAL의 주요 특징은 다음과 같다:

• Vendor-Specific 구성: MCAL은 MCU 제조사에서 제공하거나, Tier1 업체가 커스터마이징하여 제공한다.
• AUTOSAR 표준 API를 따름: 다양한 하드웨어를 같은 방식으로 제어할 수 있도록 통일된 인터페이스를 제공한다.
• 자동 생성 코드와 수동 코드 혼합: 일부 코드는 Configuration Tool을 통해 자동으로 생성되며, 일부는 하드웨어에 맞게 직접 작성된다.

MCAL 구성 모듈의 대표 예시는 다음과 같다:

모듈 이름기능 설명

Dio	디지털 입출력 제어 (Digital I/O)
Adc	아날로그-디지털 변환 제어
Pwm	펄스 폭 변조 제어 (모터, 조명 등)
Gpt	일반 타이머 제어
Can	CAN 통신 드라이버
Spi	SPI 통신 드라이버
Icu	입력 캡처 유닛 제어
Port	포트/핀 초기화 및 설정

 

이러한 모듈은 MCU 제조사에 따라 하드웨어 제어 방식이 다르더라도, 상위 계층에서는 항상 동일한 방식으로 호출되기 때문에, 소프트웨어의 이식성과 유지보수가 획기적으로 향상된다.

 

각 MCAL 모듈의 역할 및 동작 방식

MCAL은 여러 모듈로 세분화되어 있으며, 각 모듈은 특정 하드웨어 기능에 대한 제어를 담당한다. 이들은 모두 AUTOSAR 표준에 정의된 API 규격을 따르기 때문에, 호환성과 예측 가능성이 매우 높다. 실무에서 많이 사용되는 주요 모듈을 중심으로 기능과 동작 방식을 살펴보자.

Dio (Digital Input/Output)

DIO 모듈은 ECU의 디지털 핀을 제어하는 기능을 제공한다. 예를 들어, 외부 스위치 상태를 읽거나, LED를 켜고 끄는 등의 작업을 수행한다. DIO는 빠른 반응이 요구되는 단순 제어 신호에 사용되며, 가장 기본적인 입출력 제어 기능이다.

• 주요 API: Dio_ReadChannel(), Dio_WriteChannel(), Dio_FlipChannel()

Adc (Analog to Digital Converter)

ADC 모듈은 아날로그 신호(예: 온도 센서, 압력 센서)를 디지털 값으로 변환해 소프트웨어에서 처리할 수 있게 만든다.
이 모듈은 여러 개의 입력 채널을 다루며, 주기적 샘플링 또는 트리거 기반 측정이 가능하다.

• 주요 API: Adc_StartGroupConversion(), Adc_ReadGroup()

Can (Controller Area Network)

CAN 모듈은 차량 내 가장 보편적으로 사용되는 통신 프로토콜을 위한 드라이버다. 메시지를 송수신하고, 오류 상태를 관리하며, 인터럽트를 처리한다.
이 모듈은 BSW 내 CAN Interface 및 PDU Router와 함께 동작하여, 통신 흐름을 구성한다.

• 주요 API: Can_Write(), Can_SetControllerMode(), Can_GetControllerErrorState()

Pwm (Pulse Width Modulation)

PWM 모듈은 모터 제어, 조명 밝기 조절 등에 사용되며, 일정 주기의 펄스를 출력하는 기능을 제공한다.
PWM 신호는 듀티 비율(High/Low 시간 비율)에 따라 하드웨어의 동작 강도를 조절할 수 있다.

• 주요 API: Pwm_SetDutyCycle(), Pwm_SetPeriodAndDuty()

Gpt (General Purpose Timer)

GPT는 타이밍 기반 이벤트를 처리하기 위해 사용된다. 주기적인 인터럽트 생성이나 특정 시간 후 작업을 수행할 때 사용된다.
예: 100ms마다 데이터 전송, 5초 타이머 기능 등

이 외에도 ICU(입력 캡처), Port(핀 설정), Wdg(워치독) 등의 모듈이 있으며, 각 MCU 벤더는 이를 자신들의 하드웨어에 맞춰 커스터마이징하여 제공한다.

 

실무에서 MCAL 적용 시 고려사항 및 개발 전략

MCAL은 하드웨어 제어의 핵심 계층인 만큼, 실무에서는 그 구조를 정확히 이해하고 활용할 필요가 있다. 잘못된 설정이나 비표준 구현은 시스템 전체의 안정성을 저해할 수 있기 때문이다. 다음은 실무에서 MCAL 적용 시 고려해야 할 주요 포인트다.

1) 벤더 MCAL 패키지 분석

MCAL은 MCU 제조사에서 제공하는 패키지를 기반으로 사용된다. 이 패키지에는 소스 코드, 헤더 파일, 구성 툴 파일 등이 포함되어 있다. 실무자는 이 구성 요소들이 어떤 API와 하드웨어 레지스터를 매핑하는지 숙지하고 있어야 한다. 또한, 벤더별로 지원하는 AUTOSAR 버전이 다르기 때문에, 프로젝트 요구사항과 MCAL 버전의 호환성 확인이 매우 중요하다.

2) Configuration Tool 활용

MCAL은 대부분 Configuration Tool을 통해 설정한다. 예를 들어, DaVinci Configurator, EB tresos Studio 등에서 각 모듈의 채널, 포트, 주기 등을 정의하고, 이를 기반으로 자동으로 소스 코드를 생성한다. 이 과정에서 설정 오류가 발생하면, 상위 계층에서 API 호출 시 런타임 오류로 이어질 수 있으므로 설정 검증 과정이 필수다.

3) BSW와의 연계 구조 이해

MCAL은 단독으로 동작하지 않는다. COM, NvM, OS, DCM 등 다른 BSW 모듈과 상호 작용하며, Interface 계층을 통해 연결된다. 예를 들어, Can 모듈은 CanIf → PduR → COM 모듈과 연계된다. 따라서 전체 BSW 구조를 파악하고 있어야 모듈 간 문제를 빠르게 진단하고 수정할 수 있다.

4) 하드웨어 리소스 제한 고려

MCAL은 직접 하드웨어 자원을 제어하기 때문에, 타이머 채널, PWM 핀, ADC 입력 등 실제 하드웨어 리소스의 한계를 고려해야 한다. 설정이 중복되거나, 존재하지 않는 리소스를 참조하면 시스템 오작동을 유발할 수 있다. 따라서 하드웨어 사양서를 기준으로 가능한 채널/핀만 사용하는 것이 중요하다.

 

마무리 요약

AUTOSAR MCAL은 차량 소프트웨어에서 하드웨어 추상화를 가능하게 해주는 가장 하단의 핵심 계층이다. 다양한 하드웨어 환경에서도 일관된 소프트웨어 구조를 유지할 수 있도록 해주는 이 계층은, AUTOSAR 전체 구조의 안정성과 재사용성을 책임진다.

Dio, Adc, Can, Pwm 등 다양한 모듈은 각기 MCU의 하드웨어 기능을 제어하면서도, 표준화된 인터페이스를 통해 상위 계층에 일관된 동작을 제공한다. 실무에서는 MCAL 설정 및 구성에 대한 명확한 이해와 함께, 벤더 자료 분석, 툴 사용 능력, 하드웨어 연계 고려 등이 반드시 병행되어야 한다.

앞으로 자동차가 더욱 복잡한 소프트웨어 구조를 갖게 될수록, MCAL의 중요성은 더 커질 것이다. 차량 소프트웨어 개발자라면, MCAL을 단순한 드라이버 코드가 아닌 하드웨어를 지능적으로 제어하는 기반 기술로 바라보는 안목을 가져야 한다.