자동차기술은 흔히 ‘시스템 엔지니어링(System Engineering)’ 기술이라고 말한다. 2만여 개의 부품이 서브시스템을 구성하고, 서브시스템이 메인 시스템을 구성한다. 또 메인 시스템은 차량을 구축하게 된다. 이러한 시스템 엔지니어링 기술은 최근 급속히 팽창하는 자동차의 전자화 추세와 함께 안전, 편의, 성능, 환경 기술 개발에 있어서 매우 중요한 위치를 차지하고 있다.
자동차의 전자제어 시스템에는 마이크로 컴퓨터 기술과 고성능 프로세서가 확대 적용되고 있다. 전자화 기술은 최근 10년간 자동차의 법적 규제인 배기가스 대책, 연비향상, 승객의 안전대책을 강구하는 새로운 시스템의 개발을 통해 에너지 절약, 대체 에너지 적용, 편리성 및 안정성 향상을 목표로 발전해왔다.
향후 자동차 전자화 추세는 보다 보편화되어 자동차 한 대 당 가격에 전자부품이 차지하는 비율이 90년대 중반에 15%에서 2000년대에 20%, 2010년에 32% 정도로 증가할 것으로 예상된다. 이에 따른 전자제어 기술은 자동차 개발에 있어서 가장 중요한 핵심 요소기술로 나타나게 될 것이다. 그림 1은 자동차부품 전자화 동향을 나타낸다.
자동차부품의 전자화는 2000년대에 들어서면서 서서히 진행되다가 최근에 빠르게 진행되는 추세다. 그림 2는 자동차 가격 당 부품 전자화 비율을 보여준다. 2000년 이후 자동차에 전자화가 급속히 진행되고 있음을 알 수 있다. 또한 2010년에는 자동차 가격 대비 30% 이상의 부품이 전자화될 것으로 예측된다.
이와 같이 자동차부품의 급격한 전자화 추세는, 동시에 이 전자부품을 구동시킬 수 있는 소프트웨어를 필요로 한다. 따라서 자동차용 전자부품을 구동할 수 있는 소프트웨어 기술은 차세대 자동차산업의 핵심기술이 될 것이다. 특히, 이러한 소프트웨어 중 운영체제는 핵심적인 부분이라고 할 수 있다.
자동차용 OS 조건
자동차용 운영체제가 갖춰야 할 조건은 여러 가지가 있다. 이러한 조건을 다음과 같이 정리할 수 있다.
1) 실시간 특성을 만족해야 한다
▶ 실시간 운영체제(Real-Time Operating System, RTOS)는 선점 가능한 멀티쓰레드를 지원할 수 있어야 한다. 멀티쓰레드는 시스템의 병렬성을 지원할 뿐만 아니라, 자원의 효율적인 관리를 가능하게 하며 문맥 교환 시간을 줄여 시스템의 응답성을 향상시켜준다.
▶ 실시간 운영체제는 예측 가능한 실시간 스케줄링과 동기화 메커니즘을 제공해야 한다. 실시간 스케줄링을 지원해야 시스템의 자원을 효과적으로 관리하면서 주어진 시간 제약을 만족시킬 수 있다.
▶ 실시간 운영체제는 우선순위 계승 프로토콜을 지원할 수 있어야 한다. 이는 공유 자원의 사용에 있어서 블로킹 시간을 제한하여 쓰레드 동기화를 예측 가능하게 한다.
▶ 운영체제의 시간적 특성을 명확히 파악할 수 있어야 한다. 즉, 인터럽트가 발생한 시점에서부터 태스크가 수행을 재개할 때까지 걸리는 인터럽트 잠복기를 알 수 있어야 한다.
2) 메모리가 차지하는 용량이 작을수록 좋다
자동차용 운영체제의 구동 환경은 열악하다. 특히, 메모리 용량 등이 충분하지 않다. 충분하지 않은 메모리 내에서 구동이 되기 위해서는 운영체제가 메모리 용량을 많이 차지하면 안된다.
3) 세계시장 흐름에 맞춰 국제표준화 된 것에 맞춰 개발해야 한다(호환성)
자동차용 운영체제는 특정한 자동차에서만 구동이 되어서는 안된다. 다른 메이커 자동차에서도 구동이 가능하도록 호환성이 있어야 한다. 그래야만이 자동차용 응용프로그램 등이 일반적인 자동차용 운영체제에서 사용 가능하다. 자동차용 운영체제 간에 호환성을 만족하기 위해서는 국제표준화된 규격이 필요하다.
4) 네트워크 관련 기능 추가
자동차용 운영체제는 자동차 내의 각 전장 모듈 간에 통신을 자주하게 된다. 따라서 자동차용 운영체제는 표준화된 네트워크 기능을 제공해야 한다.
5) 비용을 절감할 수 있어야 한다
자동차용 운영체제는 자동차 개발 및 유지보수 비용을 절감할 수 있도록 해야 한다. 자동차용 운영체제는 차세대 자동차 운용을 하는데 필수적인 요소로, 이 운영체제의 비용은 자동차 가격을 좌우하게 된다. 따라서 자동차용 운영체제는 자동차 개발 단계뿐 아니라, 자동차 운용 과정에서 비용을 절감할 수 있도록 해야 한다.
현존 운영체제의
장단점 비교와 발전 추이
현재 연구 및 개발이 진행되어, 사용되고 있는 자동차용 운영체제는 임베디드 리눅스, OSEK 운영체제 등이 있다. 표 1에 두 운영체제의 장단점을 비교해 놓았다.
OSEK 운영체제는 유럽의 자동차업체를 중심으로 연구 개발이 되어 사용되고 있다. 표 1에 보는 바와 같이 자동차용 운영체제의 기본 특성을 만족시킨다는 측면에서 OSEK 운영체제가 앞서가고 있다.
그리고 세계적인 자동차회사들이 OSEK 운영체제에 관심을 갖고 연구 및 개발을 하고 있다. 앞으로 OSEK 운영체제가 자동차용 운영체제를 주도하는 형식으로 발전해 나갈 가능성이 높다.
OSEK 개발 동향 및 전망
OSEK 운영체제는 유럽의 자동차회사를 중심으로 연구 개발이 이루어지고 있다. 또한 개발이 진척되어 일부 전장 모듈에 적용되고 있다. OSEK 운영체제는 다음과 같은 기능 중심으로 개발이 진행되고 있다.
▶ OSEK NM이 적용된 바디 시스템의 ECU는 전체 네트워크 상태를 모니터링 하여 네트워크의 신뢰성을 향상시킨다.
▶ 현재 OSEK는 표준화에 맞춰 텔레매틱스 기술을 접목하여 개발되고 있다.
▶ RTOS 중심에서 고기능 임베디드 OS 중심으로 발전하는 추세다.
OSEK 운영체제는 임베디드 OS산업의 기술적인 특성인 RTOS 약세, WindowsCE, Windows Mobile 등의 확산으로 선점 경쟁이 치열한데, 이 시장에서 기술적인 우위를 점하기 위한 노력을 경주하고 있다.
앞으로 자동차용 운영체제의 발전은 다음과 같은 기능의 개발 및 추가 형태로 이루어질 것으로 보인다.
▶ 멀티미디어 성능 향상: 임베디드 시스템은 낮은 사양의 하드웨어임에도 불구하고 서비스의 질을 높이기 위해 멀티미디어 기능을 요구하고 있으므로 운영체제 자체의 실시간 성능 향상과 멀티미디어 응용 프로그램을 시스템에 최적화시킴으로써 고품질의 서비스 제공
▶ 실시간 스케줄링 기능 제공: 실시간성은 특정한 작업을 수행할 때 시간적 제한과 정확도를 보장하는 것인데, 이를 위해 다양한 실시간 스케줄링 기능을 제공
▶ 타깃 빌더를 통한 유연한 구성 및 이식성 제공: 임베디드 시스템의 용도에 따른 기능의 구성이 변경 가능할 뿐만 아니라, 특화된 구성을 통해 특정 목적에 맞는 최적화된 시스템을 생성할 수 있는 도구 제공
▶ 차세대 네트워크에 대한 지원(IPv6, Multi-Protocol)
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