자동차 E/E 아키텍처의 고도화와 소프트웨어 복잡성 증대로 인해, 개발 전 과정에서 재사용 가능한 테스트 전략과 SIL-HIL 연계가 필수화되고 있다. 벡터는 이를 위해 모듈형 하드웨어, 클라우드 기반 DevOps, 오픈소스 호환 솔루션을 아우르는 통합 테스트 시스템을 제공한다. 특히 HPC 중심의 영역 아키텍처 시대를 맞아 초기 시뮬레이션부터 보드 수준 테스트, 보안, 클라우드 협업까지 전 주기 혁신을 지원한다.




글 | 마티아스 트라우브(Dr. Matthias Traub) 매니징 디렉터
      피터 데커(Peter Decker) 멀티버스 개발 부문 제품 매니저 
      발렌틴 라브 (Valentin Raab), 제품 마케팅 수석 매니저, 벡터 





자동차 산업의 E/E 아키텍처 및 관련 개발 프로세스는 지난 수십 년 동안 엄청난 변화를 겪어왔다. 단순한 CAN 네트워크 및 하드웨어 기반의 상향식 설계 프로세스에서 출발한 자동차 산업은 이제 소프트웨어 중심의 영역 아키텍처를 효율적으로 개발하고 보안을 유지해야 하는 과제에 직면해 있다. 클라우드가 대중화되면서 이제 보안 및 지속적 통합과지속적 테스트 파이프라인(CI/CT 파이프라인)은 설계 프로세스에서 결정적인 역할을 하게 됐다. 보안을 위해서는 보드 테스트부터 HIL(Hardware-in-the-Loop) 테스트 단계에 이르기까지 적절한 모듈형 테스트 하드웨어가 필요하다. 테스트 설계 측면에서, 테스트는 SIL(Software-in-the-Loop) 환경 및 HIL 환경 모두에서 사용할 수 있는 것이 바람직하다. 이렇게 하면 최적의 재사용성을 보장하고 비용을 절감할 수 있다.

1990년대 초, CAN 프로토콜은 자동차 산업에서 표준화된 네트워크의 시작을 알렸다. 개발은 상향식으로 진행됐고, 먼저 하드웨어 설계를 진행한 다음 소프트웨어를 개발하여 통합했다.
처음에는 버스 내 통신을 분석하는 것으로 충분했으나, 차량 기능 및 관련 ECU의 수가 증가함에 따라 테스트 인프라가 필요하게 됐다. 개발자는 잔여 시스템 시뮬레이션(residual system simulation)을 통해 ECU를 계속해서 빠르고 효율적으로 분석할 수 있었다. ECU의 수가 늘어나자 복잡성이 증가한 것은 물론, 테스터가 LIN, FlexRay, MOST와 같은 새로운 네트워크 프로토콜도 고려해야 했다.


잔여 시스템 시뮬레이션(residual system simulation)에서 
포괄적인 테스트 솔루션까지    

소프트웨어의 범위와 ECU의 I/O 수는 지속적으로 늘어났다. 따라서 다른 I/O 장치와의 상호 작용을 시뮬레이션하는 I/O 에뮬레이션 하드웨어의 필요성이 높아졌다. 재현 가능하고 자동화된 방식으로 테스트를 수행하려면 테스트 툴도 사용해야 한다. 예를 들어, 차량 진단 시 테스트 툴은 시스템의 오류를 재현한 후 진단 오류 메모리에 해당 오류가 수신됐는지 자동으로 확인할 수 있다.

테스트 툴 및 HIL 하드웨어로 구성된 통합 HIL 테스트 솔루션을 사용하면 효율성 측면에서 큰 이점을 얻을 수 있다. 첫째, 테스트 소프트웨어가 적절한 인터페이스를 갖추도록 할 수 있다. 둘째, 자동차 엔지니어링 요구사항을 충족하도록 전압 및 전류 값을 설계할 수 있다. 따라서 격리된 솔루션 사용 시 어댑터 하드웨어를 개발하지 않아도 되기에 시간과 비용이 크게 절감된다. 또한, 사용자 프로그래밍이 가능한 FPGA를 지원하기 때문에 유연한 HIL 시스템을 구축해 고객의 특수한 요구사항이나 실시간 요청을 손쉽게 처리할 수 있다. 이를 일반적인 테스트 컨셉과 결합하면 다양한 ECU 프로젝트에 사용할 수 있는 범용 HIL 솔루션을 개발할 수 있다. 다양한 인터페이스를 통해 타사 툴을 사용하는 기능을 갖춰 이러한 일반적인 방식으로 접근하는 것이 가능하다. 이를 통해 다운타임을 최소화하고 유지보수 비용을 절감하면서 HIL 시스템을 효율적으로 사용할 수 있다. 따라서 이러한 설계 접근 방식은 HIL 솔루션 설정 시 사용자에게 뛰어난 유연성을 제공한다.







설계 시스템의 변화를 이끄는 
차량용 Ethernet 및 도메인 아키텍처      

중앙 게이트웨이가 있는 E/E 아키텍처는 도메인 지향 네트워크 아키텍처로 점점 더 널리 대체됐다(그림 1). 새로운 네트워크 기술로는 차량용 이더넷(Ethernet)이 사용됐다. 도메인 지향 아키텍처와 차량용 이더넷(Ethernet)은 자동차 제조업체에서 사용하는 설계 시스템에 대한 변화의 시작을 알렸다. 하드웨어 중심의 상향식 접근 방식은 물론, 소프트웨어 기능 또한 가상 소프트웨어 스택을 바탕으로 초기 단계에서 테스트했다. 또, 차량용 이더넷(Ethernet)은 차량에 또 다른 네트워크 기술과 새로운 네트워크 토폴로지를 도입했다. 검증된 CAN, LIN, FlexRay 프로토콜이 공유 매체에서 데이터를 교환하는 동안 이더넷(Ethernet)은 스위치 기반 네트워크 역할을 한다. 이는 개발 툴에 새로운 과제를 제시한다. 잔여 시스템 시뮬레이션을 계속해서 손쉽게 구성하려면, 네트워크 인터페이스에서 네트워크 토폴로지를 매핑하고 실제 시뮬레이션 툴에서 분리하는 컨셉이 적절하다. 적합한 이더넷(Ethernet) 네트워크 인터페이스를 사용하면 스위치 또는 직접 연결과 같은 다양한 세그먼트를 구성할 수 있다. 인터페이스 종속(cascade) 기능을 통해 복잡한 네트워크 토폴로지도 간단히 매핑할 수 있다.

이런 구성은 장치에 직접 저장된다. 이를 통해 시뮬레이션을 실행하지 않고도 네트워크의 기능을 보장할 수 있다. 이러한 접근 방식은 스위치 기반 네트워크를 공유 매체에서 작동하는 네트워크 기술만큼이나 간편하게 시뮬레이션할 수 있다.
프로젝트 초기에 소프트웨어 및 통합 오류를 감지하고 제거하기 위해 ECU 가상화 방법론이 점점 더 대중화되고 있다. 소프트웨어 컴포넌트 및 베이직 소프트웨어 모듈이 가상 플랫폼에 단계별로 통합되므로 초기 단계에서 테스트하고 빠르게 피드백을 받을 수 있다.
가상 ECU를 생성하고 테스트 환경에 통합하는 기능을 이용하면 재현 가능한 SIL 테스트를 개발할 수 있다. 툴의 개방성이 높을수록 다른 툴을 연결하는 옵션도 더 많다.

대부분 경우, 가상 ECU를 테스트하는데 다양한 툴이 활용된다. 이 경우 툴 결합을 통해 각기 다른 추상화 수준, 예를 들어 각각 애플리케이션 수준과 네트워크 수준에서 통신하도록 지원해야 한다. 오픈소스 솔루션도 여기에 고려할 수 있다. 신뢰할 수 있는 파트너가 이런 솔루션을 관리한다면 많은 도움이 된다. 


DevOps, 보안 및 앱 개발: 
차량 소프트웨어의 미래     

자동차와 인터넷의 네트워킹 및 자율 주행을 위한 노력으로 인해 도메인 아키텍처가 영역 아키텍처(zonal architecture)로 진화하고 있다(그림 1). 영역 아키텍처의 중심은 Linux 기반 고성능 컴퓨터(HPC)이며, HPC는 개발 프로세스와 관련된 새로운 요구사항을 제시한다. 이제 소프트웨어 개발은 기존의 임베디드 개발에서 고객이 경험할 수 있는 앱 개발로 옮겨 가고 있다. 2015년부터 2020년까지 차량당 평균 코드 라인 수는 1억 개에서 2억 개로 두 배 증가했으며, 2025년에는 차량의 평균 코드 라인 수가 6억 5,000만 개에 달할 것으로 예상된다[1]. 이에 따라 개발 프로세스와 품질 보증도 변화하고 있다.
차량 내 소프트웨어가 더욱 복잡해지고 개발자의 수가 늘어나는 현상에 대처하려면 CI/CT 파이프라인에 기반한 보안, 가상화, DevOps 개발 프로세스와 같은 주제를 다뤄야 한다. 클라우드화 또한 민첩성과 유연성을 높여 개발 프로세스를 변화시키고 있다. 클라우드 서비스는 확장이 가능하고 유연하므로 개발자가 변화에 신속하게 대응하고 새로운 기능을 더욱 빠르게 구현할 수 있다. 또한 클라우드 기반 툴은 팀이 어디에 있든 관계없이 서로 협업하도록 촉진한다. 테스터, 배포, 모니터링을 위한 자동 솔루션은 효율성을 높이며, 클라우드 서비스를 활용하면 기업에서 IT 비용을 더욱 효과적으로 제어하고 최적화할 수 있다.

보안 기능의 경우, 이런 기능을 맞춤 설정할 수 있고 고객의 인증서 서버와 호환되도록 하는 것이 특히 중요하다. 또 다른 동향은 CI/CT 파이프라인에 사용되는 서버 기반의 초기 SIL 테스트다. 여기서는 “모든 것을 코드로(Everything as Code)”라는 설계 원칙에 중점을 둔다. 즉, 모든 개발 아티팩트를 비교 및 병합할 수 있는 파일로 제공한다는 것이다. 따라서 테스트 구성은 YAML(Yet Another Markup Language) 파일 형식을 사용해 생성된다. 서버 기반 테스트 실행에 필요한 모든 아티팩트는 컴파일하여 실행할 수 있도록 제공할 수 있다. 이렇게 하면 테스트 실행을 Jenkins, Github, Gitlab과 같은 CI 시스템에 통합하는 작업이 한층 간단해진다. 테스트 실행은 Windows 기반 서버에서도, Linux 기반 서버 모두에서 가능하다(그림 2).







다음 단계는 테스트를 가상으로 실행하는 것은 물론, 테스트 하드웨어로도 실행하도록 하는 것이다. 즉, 테스트를 초기 소프트웨어 검증(SIL)부터 대상 플랫폼의 최종 검증(HIL)까지 이어서 개발할 수 있다. 이런 방법론의 장점은 소프트웨어 테스트용으로 개발한 테스트 케이스를 HIL에서 테스트를 실행할 때도 재사용할 수 있다는 점이다. 이런 테스트 케이스는 개발 프로세스 전반에 걸쳐 연속적으로 확장되어 테스트 솔루션 내에서 실행할 수 있다.
이를 통해 테스트 코드를 여러 번 개발하는 번거로움을 줄이고 품질도 향상시킬 수 있다. 이를 위한 기본 전제 조건은 테스트를 추상적으로 공식화하고 적절한 방식으로 각 실행 환경(가상/실제 또는 SIL/HIL)에 투영해야 한다는 것이다(그림 3).






시뮬레이션 및 보드 수준 테스트: 
센서-액추에이터 개발 효율성의 핵심     

센서-액추에이터 시스템 개발에서 특별한 과제는 누락된 제어 루프 컴포넌트를 시뮬레이션으로 대체하는 것이다. 예를 들어, 널리 사용되는 툴인 MATLAB/Simulink를 기반으로 하는 시뮬레이션 모델을 테스트 환경에 통합하면 이를 실현할 수 있다. 다음 개발 단계는 평가 보드를 사용하여 하드웨어 컴포넌트를 설정하는 것이다. 그러나 아직 적절한 테스트 시스템이 부족한 경우가 많다. 이런 테스트 시스템의 요구사항은 I/O 테스트에 중점을 두어 시스템의 신뢰성 및 효율성을 보장해야 한다. 컴팩트한 설계와 확장성도 매우 중요하다. 이러한 방식으로 설계한 설정을 통해, 보드 수준에서 하드웨어 및 소프트웨어 문제를 손쉽게 식별할 수 있다. 보드 수준 테스트 시스템은 작업 공간에서 I/O 테스트를 수행하거나 통합 테스트를 수행해야 하는 경우 언제든지 사용 가능하다. 고객의 경험에 따르면 시뮬레이션 모델과 보드 수준에서의 초기 테스트를 활용하자 효율성을 4배까지 높일 수 있었다.


미래 전망       

HPC를 갖춘 영역 아키텍처는 앞으로도 계속 발전해 나갈 것이다. 배터리 전기차(BEV)용 아키텍처가 주류를 이룰 것이며 맞춤형 앱, 클라우드 연결 및 보안이 소프트웨어 개발을 좌우할 것이다. 여기에는 AI 지원 또한 핵심이 될 것으로 보인다. 마지막으로, 48V 기술이 전기 아키텍처 개발 측면에서 중요한 역할을 할 것으로 예상된다.
벡터는 포괄적인 솔루션을 통해 E/E 아키텍처의 진화와 이에 따른 개발 프로세스의 변화를 지원하고 있다. 벡터의 테스트 솔루션은 개발 프로세스의 초기 검증(SIL)부터 대상 플랫폼에서의 통합(HIL)에 이르는 원활한 설계 프로세스를 지원한다. 보드 수준에서의 테스트는 물론, 타사 툴도 연결이 가능하다. 또한 이를 위한 오픈 소스 컴포넌트 및 유지보수를 제공한다. 서버 기반 솔루션은 최신 CI/CT 파이프라인의 검증을 완벽하게 지원한다. 향후 AI 및 고전압 시스템으로 인한 요구사항 또한 적절한 제품을 통해 뒷받침할 예정이다. 고객은 이를 통해 한층 손쉽게 필수 설계 프로세스의 효율성을 더욱 쉽게 높일 수 있다.