AUTOSAR 멀티코어 분배 최적화: 자동차 소프트웨어 개발을 위한 실무 고려사항

자동차 산업에서의 다중 코어로의 전환

현재 자동차 산업은 첨단 기능 구현과 중앙 집중형 차량 아키텍처 요구 사항을 충족하기 위해 멀티코어 아키텍처를 빠르게 도입하고 있습니다. 2000년대 초반 데스크톱 PC 시장에서 일어났던 컴퓨팅 혁명과 마찬가지로, 오늘날의 차량용 소프트웨어 시스템 역시 멀티코어 마이크로컨트롤러(MCU) 및 SoC의 성능을 완전히 활용할 수 있도록 진화해야 합니다. 이러한 패러다임의 전환은 소프트웨어 설계, 환경 설정, 그리고 최적화 방식 전반에 걸쳐 개발자들에게 새로운 사고의 전환을 요구하는 큰 과제입니다. 자동차 소프트웨어 솔루션 분야를 선도하는 이타스는 이미 지난 2009년에 세계 최초로 차량 양산용 멀티코어 AUTOSAR 스택을 개발하며 이러한 기술 진화를 앞장서서 이끌어왔습니다. 현재 전 세계 40억 개 이상의 ECU가 이타스의 RTA-CAR(RTA-Classic AUTOSAR)를 기반으로 구동되고 있으며, 이타스는 이를 통해 축적된 광범위한 경험을 바탕으로 고객사들이 복잡한 멀티코어 구현 과제를 성공적으로 해결할 수 있도록 지원하고 있습니다.

병렬화의 과제와 심층 임베디드 시스템

단순히 코어 수를 늘린다고 해서 성능이 자동으로 비례하여 향상되는 것은 아닙니다. 동기화 오버헤드, 콘텍스트 스위칭, 자원 경합, 메모리 액세스 시간, 그리고 암달의 법칙(Amdahl's Law)이 가진 본질적 한계 등 다양한 요인들이 최적의 병렬화를 달성하는 데 걸림돌이 됩니다. 멀티코어 최적화의 핵심은 병렬 연산을 극대화하고, 순차적 태스크를 최소화하며, 병목 현상을 방지하도록 메모리 사용을 최적화하는 데 있습니다.

차량용 심층 임베디드 시스템은 안전성, 신뢰성, 그리고 실시간 동작성에 대한 매우 엄격한 요구사항을 가집니다. 역사적으로 이러한 시스템은 싱글코어 아키텍처를 기반으로 구축되어 왔기 때문에, 기존의 싱글코어 코드를 멀티코어 환경으로 마이그레이션하는 것은 매우 까다로운 작업입니다. 그러나 현실적으로는 시스템을 처음부터 새롭게 설계하는 것보다 기존 레거시 시스템을 멀티코어 환경으로 마이그레이션하는 방식이 선호됩니다. 이타스는 AUTOSAR 표준에 멀티코어 지원을 도입한 초기 주자 중 하나로, 해당 기능을 실무에서 바로 활용할 수 있도록 '이타스 RTA-CAR BSW 스택'을 동시에 개발했습니다. RTA-CAR BSW 스택은 점진적으로 포괄적인 스택 포트폴리오로 진화했으며, 파티션된 시스템에서 코어 활용도를 최적화하도록 설계된 ' Master/Satellite' 패턴을 비롯한 다양한 BSW 분배 아키텍처 옵션을 제공합니다.

실제 적용 사례: 글로벌 양산 적용 예시

본 백서에서는 실제 차량 개발 사례를 통해 AUTOSAR 멀티코어 분배를 최적화하기 위한 실무적인 고려사항을 살펴봅니다. 구체적으로 아래의 두 가지 대조적인 시나리오를 검토합니다.

• 부하 분산 최적화: 멀티코어 ECU의 단일 코어 런타임 이슈를 겪던 OEM을 위해, 이타스는 과부하 코어의 Com 스택을 유휴 코어로 재배치하여 부하 분산을 최적화했습니다. 시스템에 가장 적합한 구성을 결정하려면, 이와 같이 명확한 최적화 목표 설정이 선행되어야 합니다.
• 런타임 피크(Spike) 감소: 한 글로벌 부품사가 브레이크ECU의 런타임 피크 구간에서 성능 병목 현상을 겪고 있었습니다. 이타스는 Com_MainFunctionRx를 각기 다른 주기를 가진 여러 개의 함수로 분할하여, 애플리케이션 소프트웨어의 타이밍 요구사항에 맞추어 통신 스택을 최적화했습니다. 이 분할 작업은 Bus 통신과 인접한 레이어에서 시작하여 ASW 방향으로 진행되었습니다. 이처럼 버스 스택에서 트리거를 처리하고, 상위 레이어에서 송수신할 메시지를 폴링(Polling)하도록 구성하는 것이 성능 관리에 매우 유리합니다.

• BSW 모듈 분산을 위한 Master/Satellite 및 Multi-master 접근 방식
  AUTOSAR 표준은 Master/Satellite패턴을 활용하여 여러 코어에 걸친 BSW 모듈 분배 문제를 해결합니다. 애플리케이션 소프트웨어가 다른 파티션에 위치한 기능에 액세스해야 하는 경우, 마스터가 하위 레이어를 제어하고 Satellite는 다른 코어에 있는 ASW가 해당 기능에 접근할 수 있도록 경로를 제공합니다. 이에 더해 이타스는 Multi-master접근법도 함께 지원합니다. 이 아키텍처를 활용하면 프로젝트 설계 시 전체 Bus자체를 다른 코어에 직접 매핑하여 유연성을 극대화할 수 있습니다.
• 혁신적인 멀티코어 프로젝트의 기본 베이스부터 구축
  한 고객사가 Bus mirroring 기술과 고도로 분산된 통신 스택이 적용된 차세대 게이트웨이 ECU 설계를 이타스에 의뢰했습니다. 이타스는 시스템을 처음부터 새롭게 설계하는 그린필드 시나리오를 바탕으로, 타이트한 개발 일정 속에서도 성능을 최적화하고 새로운 요구사항을 구현할 수 있도록 5개 코어에 걸친 맞춤형 분배 아키텍처를 수립했습니다. 특히 이타스는 데이터 무결성을 보장하기 위해 차별화된 접근 방식을 도입했습니다. 이타스의 독자적인 RTA-CAR BSW 모듈인 XCoreCDD(Cross-Core Complex Device Driver)를 통해 PduR 인터페이스를 구현함으로써, 더 이상 별도의 Lock을 걸 필요 없이 프로세스를 한층 더 최적화하는 데 성공했습니다.

이타스 RTA-CAR: 멀티코어 자동차 소프트웨어 개발 가속화

이타스 RTA-CAR는 차량 양산에 최적화된 저용량·고효율(Low-footprint)의 최첨단 소프트웨어 솔루션입니다. 전 세계 수백 개의 기업이 채택하여 이미 수백만 대의 차량 내 수십억 개의 ECU를 구동하고 있으며, 싱글코어 및 멀티코어 프로젝트 모두에 이상적입니다. 특히 RTA-CAR는 표준 AUTOSAR 요구사항을 뛰어넘는 이타스만의 독자적인 차별화 솔루션을 제공합니다.

• Lock-free XCoreCDD:  Lock이 필요 없는 파이프라인 구조를 구현하여 각 PduR 인스턴스를 유기적으로 연결합니다.
• Com adapter: 애플리케이션 소프트웨어 분배 구조를 통신 스택 분배 구조와 완전히 분리하여 아키텍처 유연성을 높입니다.
• Multi-master for WdgM: 기존의 일반적인 Master/Satellite 구조에 더해, 워치독 매니저(WdgM) 모듈에 대한 멀티 마스터 아키텍처를 추가로 지원합니다.

향후 전망

차세대 차량 아키텍처의 성공을 위해서는 효율적인 멀티코어 분배 기술이 필수적입니다. 이타스는 멀티코어 성능을 명확히 파악하고 최적화할 수 있는 전용 도구를 포함하여, RTA-CAR의 멀티코어 지원 역량을 지속적으로 확장해 나가고 있습니다. 향후 출시될 릴리스에서는 OEM) 및 Tier 1이 현재와 미래의 차량 아키텍처 잠재력을 극대화할 수 있도록 새로운 기능과 최적화 옵션을 대거 도입할 예정입니다.