KR101443276B1 - 차량용 이더넷을 위한 제어기 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량에서의 통신에 관한 것으로 보다 상세하게는 차량용 이더넷 네트워크 및 차량에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 물리계층 디바이스는 외부로부터 파워 온 신호를 수신하는 제 1 핀; 제 1 모드 또는 제 2 모드로 설정될 수 있는 제 2 핀; 상기 제 1 핀을 통해 파워 온 신호가 수신되면, 상기 제 2 핀에 설정된 모드를 판단하는 설정 판단부; 및 상기 설정 판단부가 판단한 모드에 따라 미리 결정된 설정값을 적용하여 통신을 개시하는 동작 준비부를 포함할 수 있다.

Description

차량용 이더넷을 위한 제어기 및 그 제어방법{CONTROL UNIT FOR IN-VEHICLE ETHERNET AND METHOD FOR CONTROLLING THEROF}

본 발명은 차량에서의 통신에 관한 것으로 보다 상세하게는 차량용 이더넷 네트워크 및 차량에 관한 것이다.

일반적으로 차량 내부에서 제어기(또는 전자 제어 장치: ECU, electronic control unit)들간의 통신은 컨트롤러 에리어 네트워크(CAN: Controller Area Network) 방식을 통해 수행되어왔다. 그런데, 이러한 CAN 통신은 비교적 속도가 느리기 때문에 최근 상용의 이더넷(Ethernet)을 차량 제어기간 통신에 도입하고자 하는 움직임이 활발하다.

상용의 Ethernet을 사용함으로서 속도뿐만 아니라, 구성부품들도 상용의 저가 부품을 사용할 수 있어서 시스템 구성비용도 낮출 수 있고, ECU 로컬 네트워크를 하나의 주 시스템 버스(Main system bus)에 연결함으로써 배선 및 연결구조를 간결히 유지할 수 있는 장점이 있다.

이더넷 방식을 이용할 경우, 제어기는 중앙처리장치(CPU)와 이를 외부와 연결하기 위한 물리계층(PHY) 처리 디바이스(예를 들어, 칩: chip)를 포함하게 된다. PHY라는 이름에서도 알 수 있듯이 이 디바이스는 기본적으로는 물리계층(physical layer)을 담당한다. 즉, 제어기를 구성하는 시스템 외부와의 연결 부분을 담당한다는 것이다. 보다 상세히, PHY 디바이스는 외부의 신호를 받아들여서 이를 중앙처리장치에서 사용할 수 있는 신호로 변경하고 이후 암호화라던가 변조된 데이터를 다시 복호/복조하여 본래의 패킷 형태로 만들어서 중앙처리장치에 넘겨주는 기능(즉, transceiver를 포함하는 개념)을 수행한다고 할 수 있다.

이러한 PHY 디바이스는 CPU의 부팅이 완료된 이후에 CPU로부터 시리얼(serial) 통신을 통해 동작에 필요한 설정 값을 전달받아 동작 가능한 상태가 된다. 따라서, CPU를 통한 부팅이 수행되는 동안에는 PHY 디바이스의 정상적 동작을 보장할 수 없게 된다. 그런데, 차량에 포함되는 복수의 ECU는 다양한 사양의 CPU로 구성되고, 그마다 적용되는 운영체제(OS)도 상이할 수 있어 제어기별로 CPU의 부팅시간이 상이할 수 있다. 이러한 이유로, 하나의 기능이 실행되기 위하여 둘 이상의 서로 다른 ECU가 각각의 PHY 디바이스를 통해 통신을 수행해야 하는 경우(예를 들어, 후방 카메라 뷰의 경우 카메라 제어기와 헤드 유닛 디스플레이의 제어기), 어느 하나의 CPU 부팅이 지연되면 PHY 디바이스도 정상적으로 동작할 수 없기 때문에 기능 전체의 실행이 지연되는 문제점이 있다.

본 발명은 차량에 탑재되는 이더넷 네트워크에서 보다 효율적으로 동작할 수 있는 제어기 및 그 제어방법을 제공하기 위한 것이다.

특히, 본 발명은 중앙처리장치로부터 설정값을 수신할 필요없이 설정을 완료하고 통신을 개시할 수 있는 물리계층 디바이스를 포함하는 제어기 및 그 제어방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 물리계층 디바이스는 외부로부터 파워 온 신호를 수신하는 제 1 핀; 제 1 모드 또는 제 2 모드로 설정될 수 있는 제 2 핀; 상기 제 1 핀을 통해 파워 온 신호가 수신되면, 상기 제 2 핀에 설정된 모드를 판단하는 설정 판단부; 및 상기 설정 판단부가 판단한 모드에 따라 미리 결정된 설정값을 적용하여 통신을 개시하는 동작 준비부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이더넷을 지원하는 차량용 제어기는, 중앙처리장치; 및 상기 중앙처리장치와 제 1 통신 및 제 2 통신을 통하여 연결되는 물리계층(PHY) 디바이스를 포함하되, 상기 물리계층 디바이스는 상기 차량용 제어기의 외부로부터 파워 온 신호를 수신하는 제 1 핀 및 제 1 모드 또는 제 2 모드로 설정될 수 있는 제 2 핀을 포함하고, 상기 제 1 핀을 통해 파워 온 신호가 수신되면, 상기 제 2 핀에 설정된 모드를 판단하여, 상기 판단한 모드에 따라 미리 결정된 설정값을 적용하여 통신을 개시할 수 있다.

아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 물리계층 디바이스의 제어방법은, 제 1 핀을 통해 외부로부터 파워 온 신호를 수신하는 단계; 제 1 모드 또는 제 2 모드로 설정될 수 있는 제 2 핀에 설정된 모드를 판단하는 단계; 및 상기 판단한 모드에 따라 미리 결정된 설정값을 적용하여 통신을 개시하는 단계를 포함할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 물리계층 디바이스를 통하여 보다 효율적으로 제어기가 동작할 수 있다.

특히, 물리계층 디바이스가 중앙처리장치와 별도로 웨이크업 인터럽트에 따라 시동되고, 설정 핀 세팅에 따라 동작을 위한 설정이 적용되어 중앙처리장치의 부팅시간에 구애받지 않고 신속한 통신이 개시될 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 CPU 및 PHY 칩을 포함하는 차량용 제어기 구조의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1과 같은 구성의 제어기에서 CPU와 PHY칩이 동작하는 과정의 일례를 나타내는 순서 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 CPU 및 PHY 칩을 포함하는 차량용 제어기 구조의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 3과 같은 구성의 제어기에서 PHY칩이 동작하는 과정의 일례를 나타내는 순서 흐름도이다.

이하, 본 발명과 관련된 차량용 제어기에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

본 발명에서는 차량용 네트워크에 이더넷을 적용한다. 이더넷을 이용해서 차량용 네트워크를 개발할 경우, 기존의 차량용 네트워크보다 훨씬 빠른 통신 속도를 구현할 수 있고 기 개발된 상용 장비들(Ethernet communication chip, cable, hub 등)을 이용하여 적은 비용과 시간을 들여 연구 및 개발을 진행할 수 있는 장점이 있다. 이하, 본 명세서에서는 PHY 디바이스가 칩 형태로 구현된 경우를 가정하여, "PHY 칩"이라 칭하기로 한다. 물론, 이는 편의상의 명명일 뿐이고, PHY 디바이스는 칩 이외의 다양한 형태의 전자 디바이스로 구현될 수 있음은 물론이다.

먼저, 도 1을 참조하여 일반적인 차량용 제어기의 구조를 설명한다.

도 1은 CPU 및 PHY 칩을 포함하는 차량용 제어기 구조의 일례를 나타내는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 차량용 제어기는 중앙처리장치(CPU, 110) 및 PHY 칩(120)을 포함할 수 있다. CPU(110)와 PHY 칩(120)은 매체 독립 인터페이스(MII: Media Independent Interface, 130) 및 시리얼 통신(140)을 통해 연결될 수 있다. 여기서 MII란 IEEE 802.3에 정의된 상용 이더넷 표준으로, 매체접속 제어(MAC) 계층과 물리(PHY) 계층간의 데이터 인터페이스 및 관리(management) 인터페이스로 구성된다. 데이터 인터페이스는 전송기와 수신기의 채널이 별도로 구비되며, 각 채널은 독자적인 클럭, 데이터 및 제어 시그널을 갖는다. 관리 인터페이스는 2-시그널 인터페이스로 구성될 수 있는데, 하나는 클럭을 위한 시그널이며 다른 하나는 데이터를 위한 시그널일 수 있다. 관리 인터페이스를 통해 상위 계층은 물리 계층을 모니터하고 제어할 수 있다. 전술된 바와 같이 시리얼 통신(140)을 통해서 CPU(110)는 부팅이 완료됨에 따라 PHY 칩(120)의 구동에 필요한 설정값들을 전달할 수 있다. 그 외에 차량용 제어기는 PHY 칩에 전원을 공급하기 위한 전원부(150) 및 다른 제어기와 이더넷을 통해 연결되기 위한 인터페이스(160)를 포함할 수 있다.

다음으로, 도 1과 같은 구성의 제어기가 동작하는 과정을 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 도 1과 같은 구성의 제어기에서 CPU와 PHY칩이 동작하는 과정의 일례를 나타내는 순서 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 제어기에 전원이 인가됨(S210)에 따라 CPU와 PHY 각각의 동작이 개시된다. 구체적으로, PHY 칩에서는 초기 상태에서 CPU로부터 설정 값이 전달되기를 대기하게 되고(S220A), CPU에서는 OS의 부팅(또는 커널 로드)이 수행된다(S220B). CPU에서 부팅이 완료되면, CPU는 PHY 칩의 동작에 요구되는 설정값을 시리얼 통신을 통해 PHY 칩에 전송하게 된다(S230). PHY 칩은 CPU로부터 설정값을 성공적으로 수신한 경우(S240), 수신된 값에 따라 설정을 완료하여 통신 수행이 가능한 상태가 된다(S250). 이후 CPU는 이더넷의 링크 오류 여부를 모니터링하고(S260), 그에 따라 링크 실패(Link failure) 여부를 판단할 수 있다(S270).

도 2를 참조하여 전술한 동작 과정은 CPU가 PHY칩에 설정값을 전달하기 때문에 유연성 있는 PHY 칩의 설정이 가능하다는 장점이 있다. 그러나, 일반적인 상용 이더넷과는 달리 차량에서는 네트워크의 구성 요소가 추가되거나 제거되는 일이 거의 없어 유연성을 가질 필요성이 낮다. 또한, 차량용 이더넷에서는 링크의 동작보다 어플리케이션 영역의 네트워크 관리를 이용하는 만큼 CPU에서의 링크 실패에 대한 판단이 불필요한 경우가 대부분이다.

이러한 차량용 이더넷의 특수성을 고려하면, PHY 칩의 동작에 필요한 설정값들은 특정 값에서 변경되지 않을 수 있다. 결국, 차량용 이더넷에서는 PHY 칩을 위한 수많은 설정값들 중 최초 차량에 설치될 때의 다른 제어기와의 상대적인 배치 관계에 따라 마스터로 동작할지 슬레이브로 동작할지 여부만 결정되는 것으로 충분할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 CPU로부터 설정값을 전달받는 대신 PHY 칩 내부에 동작에 요구되는 설정값들을 미리 저장해두고, 마스터/슬레이브 동작 여부를 세팅하기 위한 핀(pin)의 상태에 따라 PHY 칩의 동작 준비가 완료되도록 할 것을 제안한다. 이를 통해 CPU가 부팅되는 동안 PHY 칩의 설정이 완료되어 CPU의 부팅 완료 여부와 관계없이 신속한 PHY 칩의 구동이 가능하게 된다.

한편, 이를 위해서는 해당 제어기에 파워-온 신호가 발생된 경우 PHY 칩이 CPU와 별도로 깨어날 필요가 있다. 따라서, 본 실시예에서는 해당 제어기를 위한 파워-온 신호가 발생된 경우, 해당 신호가 직접 PHY 칩에 전달되어 인터럽트(interrupt)를 발생시킬 수 있도록 별도의 인터럽트 핀이 PHY 칩에 구비되도록 할 것을 제안한다.

이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 제어기 구성을 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 CPU 및 PHY 칩을 포함하는 차량용 제어기 구조의 일례를 나타내는 블록도이다.

도 3을 참조하면, 제어기는 CPU(310) 및 PHY칩(320)을 포함하되, CPU와 PHY 칩은 MII(330) 및 시리얼 통신(340)을 통해 연결되며, 전원부(350)를 통해 전원을 공급받을 수 있으며, 이더넷 인터페이스(360)를 통해 네트워크에 연결될 수 있다. 여기서, PHY 칩(320)에는 마스터/슬레이브 여부를 설정하기 위한 설정 핀(370) 및 제어기에 대한 파워 온 신호에 따라 CPU와 별도로 PHY 칩이 깨어나도록 인터럽트 발생을 위한 웨이크업 인터럽트 핀(380)이 추가로 구비되는 것이 바람직하다.

설정 핀(370)은 하드웨어 스위치의 개념으로, 물리적 연결 상태에 따라 PHY 칩이 마스터 설정으로 동작할지 또는 슬레이브 설정으로 동작할지 여부를 설정할 수 있도록 구성될 수 있다. 이는 상용 이더넷에서는 PHY칩(320)이 CPU의 설정에 따라 마스터나 슬레이브로 동작을 할 수 있지만 차량에서는 공장 출고시 제어기가 배치되는 위치에 따라 그 역할의 변경없이 고정된 모드로 동작하게 됨에 기인한 것이다. 마스터/슬레이브의 기준은, 해당 제어기가 이더넷 네트워크에서 스위치 포지션에 장착되는 경우에는 마스터로 동작하고, 엔드 포인트(end-point)에 장착되는 경우 슬레이브로 동작하게 된다. 이를 구현하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 PHY 칩에는 설정 핀(370)의 상태를 판단하기 위한 설정 핀 상태 판단부(미도시), 및 설정 핀 상태 판단부가 판단한 설정 핀의 값에 따라 미리 결정된 설정값을 적용하여 PHY 칩의 동작 준비를 완료하는 동작 준비부(미도시)가 PHY칩에 구비될 수 있다.

한편, PHY 칩의 설정을 위한 설정값들은 차량용 PHY칩에 필요한 기능만 정확히 정의하여 별도로 CPU로부터의 설정이 필요 없도록 PHY 칩 자체를 해당 설정이 반영되도록 구성될 수 있다. 이를 위하여, 본 실시예의 일 양태에 의하면, PHY 칩을 구동하기 위한 설정값들은 풀업/풀다운(Pull-up/down) 설정(일반적으로 디지털 장치에서 시그널이 없는 상황에서 입력 상태를 정의)을 저장하기 위한 레지스터(풀업 레지스터 또는 풀다운 레지스터)에 저장될 수 있다. 물론, 설정값들의 저장에는 풀업/풀다운 레지스터가 아닌 별도의 메모리 영역(미도시)이 이용될 수도 있음은 물론이다.

다음으로, 도 3과 같은 구성의 제어기가 동작하는 과정을 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 도 3과 같은 구성의 제어기에서 PHY칩이 동작하는 과정의 일례를 나타내는 순서 흐름도이다.

도 4를 참조하면, PHY 칩에 전원이 인가되고, 웨이크업 인터럽트 핀(380)을 통해 해당 제어기에 대한 파워-온 시그널이 수신되면(S410), PHY 칩은 설정 핀(370)의 설정 상태를 확인한다(S420). 설정 상태에 따라 PHY 칩은 CPU로부터 설정값이 전달되는 것을 기다릴 필요없이 마스터 또는 슬레이브를 위한 기 결정된 설정값을 적용하여 동작준비를 완료하고, 이더넷 통신을 수행할 수 있다(S430).

상기와 같이 설명된 차량용 제어기 및 그 제어방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (19)

1. 외부로부터 파워 온 신호를 수신하는 제 1 핀;
   제 1 모드 또는 제 2 모드로 설정될 수 있는 제 2 핀;
   상기 제 1 핀을 통해 파워 온 신호가 수신되면, 상기 제 2 핀에 설정된 모드를 판단하는 설정 판단부; 및
   상기 설정 판단부가 판단한 모드에 따라 미리 결정된 설정값을 적용하여 통신을 개시하는 동작 준비부를 포함하는 물리계층 디바이스.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1 모드는 마스터 모드이고, 상기 제 2 모드는 슬레이브 모드인, 물리계층 디바이스.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 물리계층 디바이스는 차량용 제어기에 포함되되,
   제 1 통신 및 제 2 통신을 통해 상기 제어기에 포함된 중앙처리장치(CPU)에 연결되는, 물리계층 디바이스.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 파워 온 신호는 상기 제어기의 외부로부터 수신되는, 물리계층 디바이스.
5. 제 3항에 있어서,
   상기 동작 준비부는,
   상기 중앙처리장치의 부팅 완료 여부에 관계없이 상기 미리 결정된 설정값을 적용하여 통신을 개시하는, 물리계층 디바이스.
6. 제 3항에 있어서,
   상기 제 1 통신은 시리얼 통신이고, 상기 제 2 통신은 매체 독립 인터페이스(MII: Media Independent Interface)인, 물리계층 디바이스.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 설정 판단부가 판단한 모드에 따라 미리 결정된 설정값은, 풀업 레지스터 또는 풀다운 레지스터에 저장되는, 물리계층 디바이스.
8. 이더넷을 지원하는 차량용 제어기에 있어서,
   중앙처리장치; 및
   상기 중앙처리장치와 제 1 통신 및 제 2 통신을 통하여 연결되는 물리계층(PHY) 디바이스를 포함하되,
   상기 물리계층 디바이스는,
   상기 차량용 제어기의 외부로부터 파워 온 신호를 수신하는 제 1 핀 및 제 1 모드 또는 제 2 모드로 설정될 수 있는 제 2 핀을 포함하고, 상기 제 1 핀을 통해 파워 온 신호가 수신되면, 상기 제 2 핀에 설정된 모드를 판단하여, 상기 판단한 모드에 따라 미리 결정된 설정값을 적용하여 통신을 개시하는, 차량용 제어기.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 제 1 모드는 마스터 모드이고, 상기 제 2 모드는 슬레이브 모드인, 차량용 제어기.
10. 제 8항에 있어서,
    상기 물리계층 디바이스는,
    상기 중앙처리장치의 부팅 완료 여부에 관계없이 상기 미리 결정된 설정값을 적용하여 통신을 개시하는, 차량용 제어기.
11. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 통신은 시리얼 통신이고, 상기 제 2 통신은 매체 독립 인터페이스(MII: Media Independent Interface)인, 차량용 제어기.
12. 제 8항에 있어서,
    상기 미리 결정된 설정값은, 상기 물리계층 디바이스의 풀업 레지스터 또는 풀다운 레지스터에 저장되는, 차량용 제어기.
13. 제 1 핀을 통해 외부로부터 파워 온 신호를 수신하는 단계;
    제 1 모드 또는 제 2 모드로 설정될 수 있는 제 2 핀에 설정된 모드를 판단하는 단계; 및
    상기 판단한 모드에 따라 미리 결정된 설정값을 적용하여 통신을 개시하는 단계를 포함하는, 물리계층 디바이스의 제어방법.
14. 제 13항에 있어서,
    상기 제 1 모드는 마스터 모드이고, 상기 제 2 모드는 슬레이브 모드인, 물리계층 디바이스의 제어방법.
15. 제 13항에 있어서,
    상기 물리계층 디바이스는 차량용 제어기에 포함되되,
    제 1 통신 및 제 2 통신을 통해 상기 제어기에 포함된 중앙처리장치(CPU)에 연결되는, 물리계층 디바이스의 제어방법.
16. 제 15항에 있어서,
    상기 파워 온 신호는 상기 제어기의 외부로부터 수신되는, 물리계층 디바이스의 제어방법.
17. 제 15항에 있어서,
    상기 통신을 개시하는 단계는,
    상기 중앙처리장치의 부팅 완료 여부에 관계없이 수행되는, 물리계층 디바이스의 제어방법.
18. 제 15항에 있어서,
    상기 제 1 통신은 시리얼 통신이고, 상기 제 2 통신은 매체 독립 인터페이스(MII: Media Independent Interface)인, 물리계층 디바이스의 제어방법.
19. 제 13항에 있어서,
    상기 미리 결정된 설정값은, 상기 물리계층 디바이스의 풀업 레지스터 또는 풀다운 레지스터에 저장되는, 물리계층 디바이스의 제어방법.

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