AUTOSAR 다중 코어 분배 최적화: 자동차 소프트웨어를 위한 실용적 고려 사항

자동차 산업에서의 다중 코어로의 전환

자동차 산업은 고급 기능과 중앙 집중형 차량 아키텍처의 수요 증가에 대응하기 위해 다중 코어 아키텍처를 빠르게 채택하고 있습니다. 2000년대 초 데스크톱 컴퓨팅 혁명이 그랬듯이, 오늘날의 소프트웨어 시스템은 다중 코어 마이크로컨트롤러(MCU)와 시스템 온 칩(SoC)의 잠재력을 최대한 활용하기 위해 진화해야 합니다. 이 전환은 개발자들이 소프트웨어 설계, 구성, 최적화 접근 방식을 재고해야 하는 중요한 과제를 제시합니다. 자동차 소프트웨어 솔루션 분야의 선두주자인 ETAS는 이 진화의 최전선에 서서 2009년 세계 최초의 차량 양산용 멀티코어 AUTOSAR 스택을 개발했습니다. 전 세계 40억 대 이상의 ECU가 ETAS RTA-CAR(RTA-Classic AUTOSAR)에 의존하고 있는 ETAS는 자동차 고객들이 멀티코어 구현의 복잡성을 극복하는 데 풍부한 경험을 쌓아왔습니다.

병렬화 및 심층 내장 시스템의 과제

코어 수를 단순히 늘리는 것만으로는 선형적인 성능 향상이 자동으로 이루어지지 않습니다. 동기화 오버헤드, 컨텍스트 스위칭, 리소스 경쟁, 메모리 액세스 시간, 그리고 암달의 법칙의 내재된 한계 등 다양한 요인이 최적의 병렬화 달성에 도전 과제를 제기합니다. 핵심은 병렬 작업을 최대화하고 순차적 작업을 최소화하며 메모리 사용을 최적화하여 병목 현상을 피하는 데 있습니다.

차량에 깊이 내장된 시스템은 안전성, 신뢰성, 실시간 동작에 대한 엄격한 요구사항을 충족해야 합니다. 역사적으로 이러한 시스템은 단일 코어 아키텍처 기반으로 구축되었습니다. 기존 단일 코어 코드를 다중 코어 환경으로 마이그레이션하는 것은 어려운 과제입니다. 기존 레거시 시스템을 다중 코어 환경으로 마이그레이션하는 것은 새로운 시스템을 처음부터 설계하는 것보다 선호되는 경우가 많습니다. ETAS는 AUTOSAR 표준에 다중 코어 지원을 최초로 도입한 기업 중 하나이며, 동시에 ETAS RTA-CAR BSW 스택을 개발하여 해당 기능을 활용 가능하게 했습니다. RTA-CAR BSW 스택은 점차적으로 포괄적인 스택 포트폴리오로 발전했으며, 분할된 시스템에서 코어 활용도를 최적화하기 위해 설계된 '마스터/위성' 패턴을 포함한 다양한 아키텍처 옵션을 제공합니다.

실용적 적용 사례: 실제 사례

이 백서는 실제 자동차 사례를 통해 AUTOSAR 멀티코어 배포를 최적화하기 위한 실용적인 고려 사항을 탐구합니다. 이 백서는 세 가지 서로 다른 시나리오를 살펴봅니다:

• 로드 분배 최적화: 한 OEM은 다중 코어 ECU의 한 코어에서 실행 시 문제를 겪었습니다. ETAS는 과부하된 코어에서 Com 스택을 부하가 적은 코어로 이동시켜 로드를 재분배했습니다. 이로 인해 작업 부하가 더 균형 있게 분배되었습니다. 시스템에 가장 적합한 구성 설정을 결정하기 위해서는 특정 최적화 목표를 명확히 이해하는 것이 중요합니다.

• 실행 시간 급증 감소: 1차 공급업체는 브레이크 ECU의 실행 시간 급증 시 성능 병목 현상을 겪었습니다. ETAS는 Com 스택을 최적화하기 위해 Com_MainFunctionRx를 서로 다른 주기를 가진 여러 기능으로 분할했으며, 이는 응용 소프트웨어(ASW)의 타이밍 요구사항과 일치하도록 조정되었습니다. 분할은 버스 통신에 가까운 레이어에서 ASW 방향으로 진행되었습니다. 트리거를 버스 스택에서 처리하고, 상위 레이어가 전송 또는 수신해야 할 메시지를 폴링하도록 하는 것이 유리합니다.
• 마스터/위성 및 다중 마스터 방식의 BSW 모듈 분배: AUTOSAR는마스터/위성 패턴을 사용하여 코어 간 BSW 모듈 분배를 처리합니다. ASW가 다른 파티션의 기능을 액세스해야 할 경우, 마스터가 하위 레이어를 제어하며, 위성들은 다른 코어의 ASW에 액세스를 제공합니다. ETAS는 또한 다중 마스터 방식을 제공합니다. 이 방식을 사용하면 프로젝트에서 전체 버스를 다른 코어로 매핑할 수 있습니다.
• 혁신적인 다중 코어 프로젝트를 처음부터 구축하기: 고객은ETAS에 버스 미러링과 고도로 분산된 Com 스택을 갖춘 신규 세대의 게이트웨이 ECU 설계를 의뢰했습니다. 이 그린필드 시나리오는 5개의 코어에 맞춤형 분배를 가능하게 하여 성능을 최적화하고 엄격한 일정 내에서도 새로운 요구사항을 구현할 수 있었습니다. ETAS는 데이터 무결성을 보장하기 위해 다른 접근 방식을 채택했습니다. ETAS의 독점적 RTA-CAR BSW 모듈 XCoreCDD (Cross-Core Complex Device Driver)를 통해 PduR 인터페이스를 구현함으로써 잠금 메커니즘이 더 이상 필요하지 않게 되었으며, 이로써 프로세스를 더욱 최적화할 수 있습니다.

ETAS RTA-CAR: 다중 코어 자동차 소프트웨어 개발을 강화합니다

ETAS RTA-CAR는 자동차 응용 분야에서의 양산용으로 설계된 최신 기술의 소형화 소프트웨어 솔루션입니다. 전 세계 수백 개의 기업에서 사용되고 있는 RTA-CAR는 수백만 대의 차량에 탑재된 수십억 개의 자동차 ECU를 지원합니다. 단일 코어 및 다중 코어 프로젝트 모두에 적합하며, AUTOSAR 요구사항을 넘어서는 솔루션을 제공합니다.

다음이 포함됩니다:

• 락 프리 XCoreCDD: PduR 인스턴스를 연결하는 락 프리 파이프의 구현.
• Com 어댑터: ASW 분배를 Com 스택 분배로부터 분리합니다.
• WdgM용 다중 마스터: 일반적인 마스터/위성 구성 외에도 WdgM은 다중 마스터를 지원합니다.

앞으로 전망

다중 코어 분배의 효율성은 차세대 차량 아키텍처에 필수적입니다. ETAS는 RTA-CAR의 다중 코어 기능을 지속적으로 확장하고 있으며, 다중 코어 성능을 이해하고 최적화하는 데 필요한 도구를 포함하고 있습니다. 향후 릴리스에서는 OEM 및 Tier 1 공급업체가 현재 및 미래의 차량 아키텍처 잠재력을 극대화할 수 있도록 새로운 기능과 최적화를 도입할 예정입니다. 새로운 전용 영역 구성 편집기는 정적 분석을 통해 사용자가 프로젝트를 최적화할 수 있도록 지원합니다.