KR20140074839A

KR20140074839A - Ecu들 및/또는 측정 장치들 사이의 데이터 전송을 위한 방법

Info

Publication number: KR20140074839A
Application number: KR1020130150801A
Authority: KR
Inventors: 카이 로에트게르; 헤르베르트 레우베르; 토마스 볼렌하웁트; 토마스 바이어; 안드레아스 브룬
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2013-12-05
Publication date: 2014-06-18
Also published as: FR2999367A1; CN103873550B; CN103873550A; ITMI20132033A1; EP2741452A1; RU2013154484A; US20140163810A1

Abstract

본 발명은 자동차 분야에서의 전자 제어 유닛들(이하 ECU들로서 지칭됨) 및/또는 측정 장치들 사이의 데이터 전송을 위한 방법에 관한 것이다. 가속화된 데이터 전송, 특히 빠른(느린) 이벤트 사이클 시간, 낮은 지터 및 높은 데이터 처리량을 가능하게 하는 데이터 전송 방법을 제공하기 위하여, 데이터 전송의 아키텍처가 구성, 교정 및/또는 진단(이하 CD로서 지칭됨) 데이터에 작용하는 소프트웨어에서 구현되는 제어 평면, 및 측정(이하 M으로 지칭됨) 데이터 및/또는 프로토타이핑(이하 RP로서 지칭됨) 데이터를 전송하는 하드웨어에서 구현되는 데이터 평면으로 분할되는 것이 제안된다.

Description

ECU들 및/또는 측정 장치들 사이의 데이터 전송을 위한 방법{METHOD FOR DATA TRANSMISSION AMONG ECUS AND/OR MEASURING DEVICES}

본 발명은 자동차 분야에서의 이후 ECU들로서 지칭되는 전자 제어 유닛들 및/또는 측정 장치들 사이의 데이터 전송을 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 ECU 인터페이스 모듈, ECU 및 측정 장치에 관한 것이다.

자동차 내의 전자 제어 유닛들, 특히 엔진 제어 유닛들(ECU들)의 수 및 그들의 인터네트워킹이 계속 증가하고 있다. 예를 들어, 새로운 파워트레인 기술들은 더 빠른 제어 루프들을 선호하며, 이더넷은 CAN, FlexRay, LIN 및 MOST와 같은 자동차에서의 전통적인 상호접속 기술들을 보완하거나 심지어 대체하기 시작하고 있다.

이러한 개발들은 ECU들 및 내장된 ECU 인터페이스 모듈들에 대해 빠르게 증가하는 데이터 처리량 및 더 어려운 실시간 요구들을 유발한다.

따라서, 차세대 ECU 인터페이스 장치들은 분산 측정, 교정 및 진단(MCD) 시스템들 내에서 고속 이더넷으로부터 기가비트 이더넷으로 나아갈 것이다. 내장된 고속 프로토타이핑(RP) 시스템들은 PCI 익스프레스 기술을 이용하여, 벅찬 레이턴시 및 지터 요구들을 충족시킬 것이다.

소프트웨어 기반 서비스 품질(QoS) 및 프로토콜 처리의 전통적인 방법은 다수의 계층에 걸치는 매우 다양한 프로토콜들을 요청된 성능으로 처리하지 못한다.

종래 기술로부터 공지된 전통적인 자동차 프로토콜 표준들 및 대응하는 참조 다이어그램은 소프트웨어 기반 클라이언트-서버 패턴에 기초한다. MCD 애플리케이션 소프트웨어 또는 프로토타이핑 소프트웨어를 호스팅하는 강력한 표준 개인용 컴퓨터 상에서 실행되는 클라이언트는 지능형 프로토콜 마스터로서 작용하고, 내장된 ECU 인터페이스 모듈 내의 서버는 명령 실행 프로토콜 슬레이브로서 작용한다.

공지된 자동차 프로토콜 표준들에서는, 서버 내의 링크 계층만이 표준 제어기 하드웨어(CAN 제어기, Flexray 제어기, 이더넷 매체 액세스 제어기 또는 유사한 제어기들)를 이용하여 구현된다. 네트워크 계층, 전송 계층 및 자동차 프로토콜 서비스 계층들과 같은 더 높은 프로토콜 계층들 모두는 직접 메모리 액세스(DMA)와 같은 소정의 제한된 표준 하드웨어 지원을 갖는 실시간 운영 체제의 최상부에서 실행되는 소프트웨어에서 구현된다.

매우 제한된 세트의 중앙 처리 유닛들(CPU) 내의 상이한 링크 계층들의 최상부에서 다수의 프로토콜 계층 스택들을 구현하는 것은 기반 운영 체제에 의해 제공되는 서비스들 및 소프트웨어 스레딩 방법들을 이용한 비동기적으로 수신되는 데이터 이벤트들(프레임들)과 관련된 처리의 직렬화를 필요로 한다.

그러나, 소프트웨어 스레딩과 관련된 직렬화 및 상황 전환 오버헤드는 최대 이벤트 레이트를 제한한다. 이러한 이벤트 레이트 제한은 모든 소프트웨어 기반 실시간 시스템들에 대한 주요 병목인 것으로 생각된다. 이것은 결과적인 네트워크 프레임 레이트 한계로 인해 프로토타이핑 애플리케이션에 대한 IO 레이턴시 및 지터 증가, 트랜잭션들에 대한 왕복 시간 증가 및 측정 처리량의 제한을 유발한다. 소프트웨어 기반 실시간 시스템들에서의 성능 최적화는 달성하기 어렵거나 심지어는 불가능한데, 이는 상황 전환 오버헤드를 줄이기 위한 이벤트 레이트들의 억제가 프로토타이핑의 그리고 제어 평면들의 낮은 레이턴시 요구들을 악화시키기 때문이다. 소프트웨어 처리 능력을 증가시키기 위해 멀티코어 CPU 기술을 이용하는 것은 ECU 인터페이스 모듈들의 전력 소비 요구들을 악화시키며, 단일의 높은 비트 레이트 데이터 대화(예를 들어, 단일 전송 접속 프로토콜(TCP) 접속)를 효율적으로 가속화하지 못하는데, 이는 대화의 패킷 배열이 그의 패킷들의 병렬 처리를 방해하기 때문이다.

따라서, 본 발명의 목적은 가속화된 데이터 전송, 특히 빠른(낮은) 이벤트 사이클 시간, 낮은 지터 및 높은 데이터 처리량을 가능하게 하는 전술한 종류의 데이터 전송을 위한 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적은 전술한 종류의 데이터 전송을 위한 방법에 의해 해결되며, 이 방법에서 데이터 전송의 아키텍처는 구성, 교정 및/또는 진단(CD) 데이터에 작용하는 소프트웨어에서 구현되는 제어 평면, 및 측정(M) 데이터 및/또는 프로토타이핑(RP) 데이터를 전송하는 하드웨어에서 구현되는 데이터 평면으로 분할된다.

본 발명은 내장된 ECU 인터페이스 모듈들에서의 하드웨어 기반 다층 프로토콜 처리 및 하드웨어 기반 QoS를 위한 새로운 패러다임을 구현하는 컴포넌트를 제안한다. 이러한 새로운 아키텍처 접근법은 현재 기술에 비해 적어도 10배의 성능 향상을 제공한다.

본 발명은 새로운 아키텍처 뷰를 이용하는 새로운 기술을 제안한다. 자동차 프로토콜들의 다중 서비스 특성들에 따르면, 아키텍처는 트랜잭션들(T)을 이용하여 바람직하게 전송된 구성, 교정 및/또는 진단(CD) 데이터에 작용하는 소프트웨어에서 구현되는 제어 평면, 및 무상태 데이터 스트림들(S)을 이용하여 바람직하게 전송된 측정(M) 및 프로토타이핑(RP) 데이터를 전송하는 하드웨어에서 구현되는 데이터 평면으로 분할된다.

하드웨어에서의 데이터 평면의 구현은 종래 기술에 비해 여러 주요 장점을 가지며, 이들은 아래의 장점들을 포함한다.

● 360 ns 이하, 심지어 일부 예들에서는 200 ns 이하의 이벤트 사이클 시간을 갖는 매우 빠른 이벤트 처리를 위한 최적화된 데이터 평면(종래 기술의 소프트웨어 접근법: > 50㎲).

● 2㎲ 미만의 매우 낮은 지터를 위한 최적화된 데이터 평면(종래 기술의 소프트웨어 접근법: 수십 ㎲).

● 최대 2.8 Gbit/s, 심지어 일부 예들에서는 최대 5.0 Gbit/s의 높은 데이터 처리량을 위한 최적화된 데이터 평면(종래 기술의 소프트웨어 접근법: < 100 Mbit/s).

예를 들어 FPGA 개발 대신에 ASIC 개발에 의해 특히 유효한 최적화가 달성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 아래의 용어들은 후속 정의되는 의미를 갖는다.

수신 = 외부 라인으로부터의 데이터의 수신,

전송 = 외부 라인 상에서의 송신,

전달 = 장치로부터 데이터 프로세서 코어로의 그리고 또한 장치로의 데이터의 전달.

따라서, 순서는 항상 수신 -> 전달 -> 전송이다.

바람직한 실시예에 따르면, 전달될 데이터 또는 데이터 스트림은 각각 데이터 전달 전에 수신 장치 측에서 다수의 데이터 세그먼트로 분할된다. 또한, 데이터 세그먼트들은 데이터 전달 전에 인터리빙되는 것이 가능하다. 마지막으로, 다양한 수신 장치들의 데이터 세그먼트들이 데이터 전달 전에 다중화되는 경우에 유리하다. 다중화는 인터리빙에 대한 대안으로서 또는 인터리빙에 더하여 인터리빙 프로세스 전 또는 후에 실행될 수 있다. 이어서, 데이터 세그먼트들이 순차적으로 전달된다. 둘 이상의 장치가 데이터를 전달하기를 원하는 경우, 인터리빙 및/또는 다중화 프로세스의 결과에 따라, 제1 장치로부터의 데이터 세그먼트들과 다른 장치로부터의 데이터 세그먼트들 사이에서 데이터 전달이 전환된다. 데이터 세그먼트들의 전달 후, 전송 장치는 데이터 세그먼트들을 발신 장치의 인터페이스 또는 라인의 데이터 유닛들 내로 수집한다. 따라서, 미시적으로 볼 때(< 1㎲), 데이터 또는 데이터 세그먼트들은 각각 순차적으로 전달된다. 그러나, 거시적으로 볼 때(> 10㎲), 데이터 전달은 병렬로(또는 각각 의사 병렬로) 실행되는데, 그 이유는 제1 장치로부터의 데이터 세그먼트들과 다른 장치로부터의 데이터 세그먼트들 사이의 데이터 전달의 전환이 매우 빠르게 수행되기 때문이다. 이것은 단지 데이터 평면이 하드웨어에서 구현되어 빠른 상황 전환이 허용되므로 가능하다. 상황 전환은 실행이 나중에 동일 포인트로부터 재개될 수 있도록 처리 유닛의 상태(상황)를 저장 및 복원하는 것을 포함한다. 이것은 다수의 프로세스가 단일 처리를 공유하는 것을 가능하게 한다. 상황 전환은 다중 작업 운영 체제의 본질적인 특징이다.

이와 달리, 종래 기술의 소프트웨어 아키텍처에서는, 제1 장치로부터의 데이터 세그먼트들과 다른 장치로부터의 데이터 세그먼트들 사이의 데이터 전달의 전환이 훨씬 더 느리게 수행된다. 이것은 소프트웨어 아키텍처에서의 전환이 레지스터들을 세이브하고, 현재 상황을 저장하고, 새로운 상황을 위해 CPU를 자유롭게 하는 등의 복수의 단계를 포함한다는 사실에 기인한다. 상황 전환은 하드웨어에서 실현될 때 걸리는 것보다 소프트웨어에서 실행되는 경우에 훨씬 더 오래 걸린다. 이에 대한 한 가지 이유는 소프트웨어 기반 상황 전환이 각각의 소프트웨어 인터럽트에 대해 많은 시간을 소비한다는 것이다.

본 발명에 따른 하드웨어 기반 데이터 평면 구현 및 ECU 인터페이스 모듈의 기능은 각각 ECU들 및/또는 측정 장치들 사이의 데이터 전송을 가속화하기 위해 코프로세서와 비교될 수 있다. 전통적인 코프로세서는 데이터 처리에 있어서 CPU를 지원한다. 전통적인 코프로세서와 관련된 본 발명의 차이는 코프로세서에 의해 처리될 모든 데이터가 코프로세서에서 처리되기 전에 먼저 처리 유닛을 통과한다는 점이다. 이것은 본 발명에 따른 하드웨어 기반 데이터 평면 구현 및 ECU 인터페이스 모듈 각각에서 다르다. 본 발명에 따르면, 전송될 모든 데이터는 하드웨어 기반 데이터 평면 구현 및 ECU 인터페이스 모듈 각각을 통과한다. 이에 의해, ECU들 및 이들의 CPU들은 각각 데이터 전달을 위해 데이터를 취급하고 처리하는 것으로부터 상당히 해방된다.

바람직하게는, 데이터 평면은 트랜잭션들의 명령들 및 응답들 및/또는 스트림들을 ECU들 및/또는 측정 장치들로 그리고 그들로부터 전환한다. 그러나, 예를 들어 PCI 익스프레스 전환들과 달리, 데이터 평면의 전환은 트랜잭션이 인식하지 못한다. PCI 익스프레스 전환들에서, 전환 유닛은 명령들의 경로를 기억하며, 이러한 지식을 역방향을 따른 응답들을 위해 이용한다. 본 발명에 따르면, 양 경로가 사전에 구성되어야 한다.

본 발명은 바람직하게는 자동차 분야에서 이용된다. 본 발명은 제1 ECU와 제1 ECU에 접속된 제2 ECU 또는 측정 장치 사이에 위치하는 ECU 인터페이스 모듈로서 실현될 수 있다. 또한, 본 발명은 자동차의 하나 이상의 ECU에 접속되어 이들의 동작 및 기능을 모니터링 및/또는 제어할 수 있는 측정 장치에서 실현될 수 있다. 또한, 본 발명은 ECU의 게이트웨이 제어 유닛에서 실현될 수 있다. 즉, 본 발명은 ECU 자체에서 구현될 수도 있다.

이하, 본 발명의 추가적인 특징들 및 장점들이 본 발명의 바람직한 실시예 및 도면들을 참조하여 상세히 설명된다. 본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 후술하는 특징들 모두를 포함할 필요는 없으며, 설명되는 특징들 중 일부만을 단독으로 또는 선택된 다른 특징들과 임의로 결합하여 가질 수도 있다는 것을 안다. 도면들은 다음과 같다.
도 1은 종래 기술에서 공지된 MCD 및 프로토타이핑 시스템의 클라이언트-서버 구현 뷰이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 MCD 및 프로토타이핑 시스템의 제어 및 데이터 평면 구현 뷰이다.
도 3은 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 MCD 및 프로토타이핑 시스템의 제어 및 데이터 평면 구현 뷰이다.
도 4는 본 발명에 따른 구현의 데이터 평면(= 데이터 프로세서) 파이프라인 아키텍처이다.
도 5는 본 발명에 따른 구현의 데이터 프로세서 정보 모델이다.
도 6은 본 발명에 따른 구현의 업링크 XCP on TCP 아키텍처이다.
도 7은 본 발명에 따른 구현의 업링크 XCP on TCP(높은 처리량) 및 업링크 프로토타이핑 RTIO(낮은 레이턴시)이다.

종래 기술로부터 공지된 자동차 프로토콜 표준들 및 대응하는 참조 다이어그램들은 도 1에 그 일례가 도시된 소프트웨어 기반 클라이언트-서버 패턴에 기초한다. 예를 들어 측정, 교정 및 진단(MCD) 애플리케이션 소프트웨어 또는 프로토타이핑 소프트웨어를 호스팅하는 강력한 표준 개인용 컴퓨터 상에서 실행되는 클라이언트는 지능형 프로토콜 마스터로서 작용하고, 내장된 ECU 인터페이스 모듈 내의 서버는 명령 실행 프로토콜 슬레이브로서 작용한다.

서버 내의 링크 계층만이 표준 제어기 하드웨어(CAN 제어기, Flexray 제어기, 이더넷 매체 액세스 제어기 또는 유사한 제어기들)를 이용하여 구현된다. 네트워크 계층, 전송 계층 및 자동차 프로토콜 서비스 계층들과 같은 더 높은 프로토콜 계층들 모두는 직접 메모리 액세스(DMA)와 같은 소정의 표준 하드웨어 지원을 갖는 실시간 운영 체제의 최상부에서 실행되는 소프트웨어에서 구현된다.

그러나, 소프트웨어 스레딩과 관련된 직렬화 및 상황 전환 오버헤드는 최대 이벤트 레이트를 제한한다. 이러한 이벤트 레이트 제한은 모든 소프트웨어 기반 실시간 시스템들에 대한 주요 병목인 것으로 생각된다. 이것은 결과적인 네트워크 프레임 레이트 한계로 인해 프로토타이핑 애플리케이션에 대한 IO 레이턴시 및 지터 증가, 트랜잭션들에 대한 왕복 시간 증가 및 측정 처리량의 제한을 유발한다. 성능 최적화는 달성하기 어렵거나 심지어는 불가능한데, 이는 상황 전환 오버헤드를 줄이기 위한 이벤트 레이트들의 억제가 프로토타이핑의 그리고 제어 평면들의 낮은 레이턴시 요구들을 악화시키기 때문이다. 소프트웨어 처리 능력을 증가시키기 위해 멀티코어 CPU 기술을 이용하는 것은 ECU 인터페이스 모듈들의 전력 소비 요구들을 악화시키며, 단일의 높은 비트 레이트 데이터 대화(예를 들어, 단일 TCP 접속)를 효율적으로 가속화하지 못하는데, 이는 대화의 패킷 배열이 그의 패킷들의 병렬 처리를 방해하기 때문이다.

이와 달리, 본 발명은 상이한 아키텍처 뷰를 이용하는 새로운 기술을 제안한다. 자동차 프로토콜들의 다중 서비스 특성들에 따르면, 아키텍처는 트랜잭션들(T)을 이용하여 전송된 구성, 교정 및/또는 진단(CD) 데이터에 작용하는 소프트웨어에서 구현되는 제어 평면, 및 측정(M) 및 프로토타이핑 데이터(RP) 무상태 데이터 스트림들(S)을 전송하는 하드웨어에서 구현되는 데이터 평면으로 분할된다. 각각의 제어 및 데이터 평면 구현 뷰가 도 2에 도시된다.

마스터(클라이언트)와 슬레이브(서버) 간의 트랜잭션들도 무상태 데이터 스트림들, 즉 명령들을 운반하는 다운링크 스트림 및 응답들 및 이벤트들을 운반하는 업링크 스트림으로 분할될 수 있다. 이러한 분할된 트랜잭션을 염두에 두고, 제어 평면은 업링크 트래픽을 위한 통상의 입력 장치 및 다운링크 트래픽을 위한 통상의 출력 장치로서 데이터 평면에 나타난다. 데이터 평면은 이러한 트랜잭션 스트림들을 원하는 물리 포트를 책임지는 장치들(ECU 싱크, ECU 소스)로 그리고 그들로부터 전환한다. 다운링크 및 업링크 스트림들을 연관시키는 트랜잭션 상태 자체는 제어 평면에 위치한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 유상태 프로토콜 계층들, 예를 들어 전송 제어 프로토콜(TCP)은 유상태 자동차 프로토콜 트랜잭션 계층들과 동일한 방식으로 데이터 평면 코어에 위성 기능들(통상의 장치들)로서 나타나는 기능 블록들에서 종결된다. 프로토콜의 상태는 위성 기능 내에 위치한다. "전송 프로토콜(고속 경로)"로서 지시되는 도 2 내의 기능 블록은 동일 출원인에 의해 출원된 다른 특허 출원(출원 번호 EP 12 188 660)에 상세히 설명되어 있다. 그 출원의 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다. 무상태 프로토콜 계층들, 예를 들어 사용자 데이터그램 프로토콜(UDP)은 데이터 평면 및 네트워크 인터페이스 내에서 종결된다.

도 2에 도시된 다른 위성 기능은 프로토타이핑 모델을 포함하고 특정 사용예에 따라 하드웨어 또는 소프트웨어에서 구현될 수 있는 고속 경로 신호 처리 기능이다. 도 3은 다른 위성 기능들을 위한 예들을 포함하는 MCD 및 프로토타입 시스템의 제어 및 데이터 평면 구현 뷰를 나타낸다. 이러한 다른 위성 기능들은 예를 들어 ISO 전송 프로토콜 기능들, 보안(암호화) 기능들 및/또는 신호 레벨 게이트웨이 기능들을 포함할 수 있다.

공통 데이터 평면의 주요 장점은 레이턴시, 지터, 처리량 등과 관련하여 서비스 품질(QoS)을 제어하는 데 필수적인 모든 착신 트래픽이 관찰될 수 있다는 사실이다.

본 발명에 의해 제안되는 제어 평면 및 데이터 평면의 분리는 최적화된 구현들을 가능하게 한다. FPGA 개발 대신에 ASIC 개발에 의해 추가적인 최적화들이 달성될 수 있다.

● 데이터 평면은 하드웨어에서 완전히 구현되며, 200 ns(현재의 소프트웨어 접근법: > 50 ㎲) 이하의 이벤트 사이클 시간을 갖는 매우 빠른 이벤트 처리를 위해 최적화된다.

● 데이터 평면은 하드웨어에서 완전히 구현되며, 2 ㎲(현재의 소프트웨어 접근법: 수십 ㎲) 미만의 매우 낮은 지터를 위해 최적화된다.

● 데이터 평면은 하드웨어에서 완전히 구현되며, 최대 5 Gbit/s(현재의 소프트웨어 접근법: < 100 Mbit/s)의 높은 데이터 처리량을 위해 최적화된다.

● 3개의 최적화(이벤트 사이클 시간, 지터, 데이터 처리량) 모두는 내장된 ECU 인터페이스 장치들의 전력 소비 제한을 위반하지 않고서 동일 하드웨어 내에서 가능하다.

● 제어 평면은 소프트웨어에서 구현되며, 콘텐츠 인식, 유상태 트랜잭션 처리를 위해 최적화된다. 소프트웨어는 프로토콜 계층들에서 고속 이벤트 처리로부터 언로딩되므로, 이용 가능한 CPU 성능이 더 효율적으로 이용될 수 있다.

● TCP 또는 IP 단편화와 같은 유상태 전송 프로토콜들은 성능을 위해 최적화된 하드웨어(고속 경로)에서 그리고 특징들(계층 7 프로토콜들, 접속들의 수)을 위해 최적화된 공존하는 소프트웨어(저속 경로)에서 구현된다.

● 신호 처리는 정밀한 전송 이벤트 처리로부터 또한 자유화되고 그의 신호 처리 기능들에 집중하는 것이 허용되는 강력한 외부 시뮬레이션 노드 내에 위치할 수 있다.

데이터 평면은 입력 장치들로부터 데이터 운반 이벤트들을 수신하고, 어떠한 상황 전환 오버헤드도 없이 이러한 이벤트들을 매우 빠르게 직렬화하고, 일반화된 처리 단계들의 세트를 수행하고, 데이터 운반 이벤트들을 출력 장치들로 분배한다.

데이터 이벤트들의 서비스 품질(QoS) 인식 큐잉 및 스케줄링은 트랜잭션 왕복 시간들에 대한 트래픽 우선 순위, 레이턴시, 지터 및 데이터 처리량에 대한 공정성의 훨씬 더 양호한 제어를 가능하게 하는 데이터 평면 내에서만 수행된다.

장치들은 이벤트들을 동시에 운영하고 전달하는 반면, 데이터 평면 코어 또는 데이터 프로세서는 도 4에 도시된 바와 같은 내부 협력 하드웨어 멀티스레딩을 이용하는 엄격한 파이프라이닝 접근법에 이어서 이벤트들을 순차적으로 처리한다. 도 4에 도시된 바람직한 실시예에 따르면, 데이터 평면은 아래의 기본적인 컴포넌트들로 구성된다.

데이터 평면 장치들

장치들은 물리 및 링크 계층 고유 거동 또는 유상태 프로토콜 기능들을 동시에 운영하고, 캡슐화하며, 데이터 평면 코어 파이프라인에 대한 직렬화 지원을 제공한다.

데이터 평면 코어 파이프라인 = 데이터 프로세서

일반 정보 모델, 즉 분류, 재조립, 큐잉, 계층적 스케줄링, 세그먼트화 및 헤더 변경에 기초하여 실제 이벤트 처리를 수행한다.

파이프라인은 체인화된 명확한 처리 스테이지들의 세트(IF, CL, IM, SW, MC, EQ, LL, DQ, SR, EM, IF)로 구성된다. 데이터 프로세서는 데이터 자체가 아니라 데이터의 서술자들(포인터들)에 대해 작용하며, 이는 논리 게이트들 및 전력을 세이브한다.

서술자 풀들

서술자 풀들은 로컬 또는 원격 저장 장치 내에 위치하는 데이터 버퍼들에 대한 인덱스들의 저장소들이다.

데이터 저장 장치

2개의 데이터 저장 장치 타입이 존재한다.

● ECU 인터페이스 모듈 내에 위치하는 하나의 로컬 데이터 저장 장치, 및

● ECU 인터페이스 모듈 밖에 위치하고 PCI 익스프레스 또는 임의의 다른 적절한 인터페이스를 통해 도달 가능한 하나 이상의 원격 데이터 저장 장치.

장치들은 고정된 최대 크기, 예를 들어 128 바이트의 데이터 세그먼트들의 형태로 데이터를 전달한다. 크기는 데이터 저장 장치들로의 그리고 그들로부터의 대역폭에 의해 결정된다. 다수의 세그먼트는 프로토콜 계층 고유 프레임 포맷, 예를 들어 유니버설 측정 및 교정 프로토콜(XCP) 계층을 위한 데이터 전송 객체, IEEE 802.1 링크 계층을 위한 이더넷 프레임, CAN 버스로부터의 CAN 프레임 또는 Flexray 프레임에 대응하는 소위 데이터 유닛을 형성한다.

장치들은 세그먼트화에 대한 지식을 가지며, 데이터 유닛의 최초 및 최종 데이터 세그먼트를 마킹할 수 있다.

데이터 세그먼트화는 이벤트들이 직렬화되고 처리가 다수의 파이프라인 스테이지 사이에 분산되는 데이터 프로세서에서의 비차단(non-blocking) 데이터 이벤트 처리를 위한 전제 조건이다.

데이터 프로세서 구현은 아래의 엔티티들 및 이들의 속성들로 구성되는, 도 5에 도시된 것과 같은 일반 정보 모델에 기초한다. 후술하는 처리 스테이지들(데이터 코어 파이프라인 아키텍처)은 이러한 속성들을 이용하여 제어된다. 따라서, 파이프라인은 특정 애플리케이션을 맵핑하기 위하여 아래의 엔티티들 중 하나 이상을 레지스터들에 저장하도록 구성될 수 있다. 엔티티들은 정적(구현에 의해 정의되는 다수) 또는 동적(구성 동안 공유 풀들로부터의 할당에 의해 정의되는 다수)일 수 있다. 가장 중요한 정보 모델 엔티티들이 아래에 목록화된다.

장치(정적)

장치들은 데이터 세그먼트들의 동시 작업 생산자들 및 소비자들이다. 각각의 데이터 세그먼트는 장치 인덱스, 채널 인덱스, 및 데이터 세그먼트가 데이터 유닛의 최초, 중간 또는 최종 데이터 세그먼트인지를 지시하는 최초/최종 태그와 관련된다.

수신 채널(rxchannel, 동적)

수신 채널은 장치의 범위 내의 독립적인 논리 입력 데이터 채널이다. 장치들은 다수의 수신 채널을 가질 수 있다. 수신 채널들은 적시에 인터리빙된 데이터 세그먼트들로부터 데이터 유닛들을 재조립하는 데 사용된다.

흐름(동적)

흐름은 특정 프로토콜 계층과 관련된 데이터 대화의 설명이다. 이것은 데이터 프로세서에서의 데이터 처리 동작들, 예를 들어 발신 페이로드 데이터 스트림 내의 프로토콜 고유 헤더의 삽입을 제어하는 데 사용된다. 흐름들은 수신 채널들에 부속된다.

큐(동적)

큐들은 데이터의 서술자들을 저장한다. 3개의 기본 큐 타입, 즉 테일 드롭(tail drop) 큐, 트리플 버퍼 및 우선 순위 리스트가 존재한다. 테일 드롭 큐들은 서비스 품질(QoS), 예를 들어 트래픽 우선 순위 및 공정성을 제어하는 데 사용된다. 트리플 버퍼들은 프로토타이핑 실시간 IO(RTIO) 기능들에서 가장 새로운 입력 데이터의 일관성 있는 샘플을 이용하는 신호 처리를 제공하는 데 사용된다. 우선 순위 리스트들은 CAN 버스와 같은 엄격한 우선 순위 기반 중재를 포함하는 버스 시스템들에서 사용된다. 큐들의 부차적인 작업은 착신 데이터 세그먼트들로부터 데이터 유닛들을 재조립하는 것이다.

전송 우선 순위 채널(정적 또는 동적)

전송 우선 순위 채널은 출구 방향에서의 독립 데이터 채널을 나타낸다. 각각의 전송 우선 순위 채널은 그와 관련된 출력 장치의 범위 내에서의 엄격한 우선 순위 스케줄링 레벨을 나타낸다. 전송 우선 순위 채널 자체는 가중 라운드 로빈 방식으로 스케줄링되는 하나 이상의 큐와 관련된다. 전송 우선 순위 채널들은 데이터 세그먼트들(각각의 세그먼트 후에 스케줄링된 큐를 변경) 또는 데이터 유닛들(실행중인 데이터 유닛이 완전히 스케줄링되면 스케줄링된 큐를 변경)을 스케줄링할 수 있다. 전송 우선 순위 채널들은 데이터 세그먼트를 여러 번 그러나 더 낮은 바이트 카운트로 스케줄링하고 추가적인 오프셋을 데이터 버퍼 내에 제공함으로써 세그먼트화 정밀도를 변경할 수 있다.

채널 연동 기능(동적)

채널 연동 기능은 옵션 엔티티이며, 다수의 순차적 데이터 세그먼트 사이에 분산되는 트래픽 흐름에 대한 입구 및 출구 경로 사이에 집계 정보를 제공하는 데 사용된다.

스케줄링(정적)

데이터 프로세서는 3-스테이지 계층적 스케줄링, 즉 1) 장치들의 가중 라운드 로빈 스케줄링, 2) 장치 내의 전송 우선 순위 채널들의 엄격한 우선 순위 스케줄링 및 3) 전송 우선 순위 채널의 범위 내에서의 큐들의 가중 라운드 로빈 스케줄링을 구현한다.

데이터 코어 파이프라인은 후술하는 바와 같은 일반 처리 스테이지들로 구성된다. 데이터 코어 파이프라인 아키텍처가 도 4에 도시된다. 처리 단계들은 전술한 일반 정보 모델에 대응한다(데이터 프로세서 구현).

입력 인터페이스 - IF

입력 인터페이스는 장치들을 데이터 평면 코어에 접속하고, 접속된 장치들 간의 가중 라운드 로빈 스케줄링을 이용하여 동시 착신 데이터 이벤트들을 직렬화한다. 이벤트들과 관련된 데이터는 디폴트인 "값에 의해" 또는 "참조에 의해" 전달될 수 있다. 후자의 경우, 데이터 프로세서는 이벤트와 관련된 데이터 페이로드가 이미 저장된 것으로 가정하며, 데이터 페이로드에 대한 버퍼 인덱스만을 수신한다. 후술하는 예는 XCP on TCP 사용예와 관련된 참조에 의한 핸드오버를 설명한다. 이것은 또한 동일 출원인에 의해 출원된 다른 특허 출원(출원 번호 EP 12 188 660)의 주제이다. 이 출원은 본 명세서에 참고로 포함된다.

분류자 - CL

분류자는 제1 페이로드 데이터와 함께 서술자를 이용하여, 위의 정보로부터 키를 형성하고 다음과 같은 정보, 즉 풀 인덱스, 큐 인덱스, 드롭 태그, 흐름 id, 연동 기능 인덱스 등을 포함하는 결과 벡터를 생성함으로써 데이터 세그먼트를 분류한다. 이 정보는 서술자 내에 입력된다.

입구 변경자 - IM

입구 변경자는 데이터 자체를 변경함으로써 또는 서술자를 조작함으로써 착신 데이터를 변경(확장 또는 축소)하기 위한 수단을 제공한다.

세그먼트 기록자 - SW

세그먼트 기록자는 풀 분류자에 의해 지시되는 바와 같이 풀로부터 서술자를 할당하고, 서술자의 버퍼 인덱스를 이용하여 페이로드 데이터를 그의 목적지에 기록한다.

멀티캐스트 - MC

멀티캐스트 스테이지는 다수의 목적지를 향해 데이터를 분배하기 위한 수단을 제공한다. 이것은 수신된 서술자에 포함된 멀티캐스트 그룹 식별자에 의해 어드레스되는 멀티캐스트 테이블을 유지하고, 큐들의 리스트를 전달한다. 수신된 서술자는 다수의 출력 큐들 내에 인큐잉되도록 멀티캐스트 스테이지 내에서 복제된다. 서술자는 버퍼 풀을 관리하기 위해 참조 카운트를 수신한다.

인큐(enqueue) 엔진 - EQ

인큐 엔진은 서술자를 선택된 큐 내에 저장하고, 스케줄러가 큐를 볼 수 있게 하는 데 필요한 모든 동작들을 수행한다.

링크된 리스 제어 - LL

링크된 리스트 제어는 데이터 큐들을 나타내는 서술자들의 링크된 리스트들을 유지한다. 이것은 인큐 엔진으로부터 인큐 명령을 그리고 스케줄러 또는 디큐 엔진으로부터 디큐 명령들을 수신한다.

디큐 엔진 - DQ

디큐 엔진은 스케줄링 실행 유닛이다. 이것은 출력 장치에 대한 전송 우선 순위 채널들의 형태의 장치의 출력 FIFO 상태 및 구성된 우선 순위 정보를 이용하여 서비스될 다음 큐를 결정한다. 이것은 또한 실행중인 데이터 세그먼트를 더 작은 데이터 세그먼트들로 분할함으로써 트래픽을 다시 세그먼트화하거나, 현재의 전송 우선 순위 채널에 대한 다른 큐를 서비스하기 전에 데이터 유닛의 모든 데이터 세그먼트들을 스케줄링함으로써 데이터 유닛 일관성을 유지할 수 있다.

세그먼트 판독기 - SR

세그먼트 판독기는 서술자에 포함된 버퍼 인덱스를 이용하여, 로컬 또는 원격 데이터 저장 장치로부터 데이터를 판독한다.

출구 변경자 - EM

출구 변경자는 서술자로부터의 흐름 id 및 다른 태그들을 이용하여, 예를 들어 페이로드 데이터 스트림에 데이터를 추가하거나 그로부터 삭제함으로써 또는 서술자 내용을 조작함으로써 페이로드 데이터 스트림을 그의 구성에 따라 변경한다.

출력 인터페이스 - OF

출력 인터페이스는 더 많은 데이터를 수신하기 위한 그들의 준비(출력 FIFO가 가득 차지 않음)를 공지한 출력 장치들에 데이터 세그먼트들을 분배한다. 장치들은 원하는 라인 레이트에 비례하는 가중치들을 갖는 가중 라운드 로빈 알고리즘을 이용하여 서비스된다.

로컬 풀 - LP

로컬 풀은 로컬 데이터 저장 장치 내의 버퍼들에 대한 소프트웨어 준비된 인덱스들을 포함한다. 그러한 버퍼 인덱스들은 서술자들의 코어 속성이다.

원격 풀 - RP

원격 풀은 원격 데이터 저장 장치 내의 버퍼들에 대한 소프트웨어 준비된 인덱스들을 포함한다. 다수의 원격 데이터 저장 장치에 대한 다수의 원격 풀이 존재할 수 있다.

파이프라인과 장치들(ETHIP, TCPS, TCPR, CPU_L, TEA) 사이의 인터페이스들은 이들의 신택스와 관련하여 동일하지만, 이들의 시맨틱과 관련해서는 프로토콜에 고유하다.

아래에서는, 본 발명의 2개의 실시예가 예시적으로 설명된다. 도 6에 도시된 제1 실시예는 XCP on TCP(업링크)를 이용하는 이중 경로 투명 ECU 액세스(TEA) 기반 ECU 측정을 나타낸다. 이 실시예는 ECU에 면하는 TEA 장치를 이용한다. TEA 장치는 XCP 스트리밍 서비스 계층(S)을 종결시키며, 타임 스탬핑된 측정 데이터를 포함하는 XCP 표준 데이터 전송 객체들(DTO)을 전달한다. 로컬 CPU는 XCP 프로토콜 트랜잭션 서비스 계층(T)을 종결시키며, 표준 XCP 제어 전송 객체들(CTO)을 전달한다.

경로 1에서, 데이터 프로세서는 CTO들 및 DTO들을 다중화하고, CTO들 및 DTO들에 공통인 XCP 패킷 카운터를 포함하는 XCP 프로토콜의 전송 계층을 종결시킨다.

유상태 TCP 프로토콜 계층은 TCP 송신기에 수신 확인 응답을 전달하는 TCP 수신기(TCPR) 장치와 협력하는 TCP 송신기(TCPS) 장치에서 종결된다.

경로 2에서, 데이터 프로세서는 로컬 CPU의 소프트웨어 스택으로부터 TCP 세그먼트들 및 이더넷 프레임들을 공통 IP 네트워크 및 이더넷 링크 계층을 향해 다중화한다.

ETHIP 장치는 IP 네트워크 계층 및 이더넷 링크 계층을 최종 종결시킨다.

다운링크 TCP 대화는 업링크 대화와 공존하며, 데이터 프로세서도 두 번 통과한다는 것에 주목한다. 따라서, 전체 XCP on TCP 세션 동안, 데이터 처리 파이프라인 내에는 4개의 공존 경로가 존재한다.

도 7에 도시된 제2 실시예는 외부 시뮬레이션 노드에 대한 단일 경로 TEA(ETK) 기반 실시간 IO(RTIO)를 나타낸다. 이 실시예는 제1 실시예의 이전 시나리오에 낮은 레이턴시의 프로토타이핑 RTIO 경로를 추가한다. RTIO 종결은 데이터 프로세서 내에서 경로 1 동안 발생한다. 경로 2는 RTIO에 대해 사용되지 않는다.

TEA 장치는 RTIO에 대한 전용 수신 채널을 이용하여 DTO들을 전달한다. 신호 처리 유닛(시뮬레이션 노드)은 원격 인스턴스(장치 CPU-R)이므로, 데이터 프로세서는 시뮬레이션 노드의 원격 데이터 저장 장치 내로 버퍼 인덱스들을 운반하는 서술자들을 원격 풀로부터 할당하고, 데이터를 원격 메모리 내로 일찍 푸시한다.

데이터 프로세서는 데이터 세그먼트들로부터 분할된 데이터 전송 객체들로부터 신호 그룹들을 재조립하는 트리플 버퍼로서 동작한다. 신호 그룹 샘플이 완료되면, 인터럽트가 시뮬레이션 노드에 대해 표명되며, 이어서 이 노드는 트리플 버퍼로부터 어드레스 정보를 판독한다. 대응하는 데이터는 이미 도달하였고, 시뮬레이션 노드의 캐시 메모리 내에서 이미 이용 가능할 수도 있다.

본 발명의 중요한 특징들 및 중요한 아이디어들 중 일부 및 이와 관련된 장점들 중 일부의 예시적인 선택이 아래에 목록화된다.

● 데이터 및 제어에 대한 직교 뷰들

○ 데이터 평면에 대한 데이터 흐름 뷰 및 제어 평면에 대한 클라이언트 서버 뷰

○ 제어 평면은 데이터 평면의 통상의 클라이언트임

○ 데이터 평면은 제어 평면에 대한 QoS를 제공함

● 장치 일반화

○ 데이터 프로세서에 대한 일반화된 장치 인터페이스

○ 장치 고유 기능의 캡슐화

○ 물리 장치들

■ 링크 계층 고유 제어기들의 캡슐화

■ 예: CAN, FlexRay, 이더넷, TEA(ETK)

○ 소프트웨어 장치들

■ 소프트웨어 기능들의 캡슐화

■ 예: 로컬 CPU(로컬 소프트웨어), 원격 CPU(원격 소프트웨어)

○ 프로토콜 장치들

■ 유상태 프로토콜 기능들의 캡슐화

■ 예: TCP

○ 신호 처리 장치들

■ 신호 처리 인스턴스들의 캡슐화

■ 예: CPU 모듈, 외부 PC, 하드웨어 기반 신호 처리 엔티티들

● 다목적 큐잉

○ 동일한 하드웨어를 이용하여 다수의 요구를 충족시킴

■ 높은 처리량의 측정 및 제어 평면을 위한 테일 드롭 큐들

■ 낮은 레이턴시의 프로토타이핑을 위한 헤드 드롭 버퍼들(트리플 버퍼들)

■ 서비스 품질(QoS)

■ 데이터 유닛 재조립

● 다중 경로 동작

○ 동일한 하드웨어에서 다중 계층 동작을 가능하게 함

○ 서술자 확장을 이용한 클라이언트 계층 터널링

○ 예: XCP on 이더넷; 경로 1: XCP; 경로 2: IP/이더넷

● 서술자들에 기초하는 데이터 처리

○ 메모리 액세스 수를 최소화함

○ 논리 토글 레이트 및 전력 소비를 줄임

○ 인터페이스 토글 레이트를 줄임

■ "값에 의한" 그리고 "참조에 의한"(긴 서술자만) 인터페이스 모드들

● 데이터 세그먼트화

○ 입력 이벤트 레이트(직렬화 레이트)를 최대화함

○ 장치 버퍼 크기들을 줄임

○ 지터 및 레이턴시를 최소화함

● 파이프라인 아키텍처

○ 상환 전환 오버헤드를 제거함

○ 결정론 향상

○ 협력 다중 작업에 의한 구현 간소화

● 일반화된 데이터 저장 처리

○ 로컬 풀 및 원격 풀

○ 로컬 메모리 및 원격 메모리

● 일반 정보 모델

○ 논리 및 알고리즘 재사용에 의해 논리의 노력 및 양을 줄임

○ 구현이 아니라 구성에 의한 프로토콜 구현

● 큐 기반 멀티캐스트

○ 멀티-클라이언트 지원

● ECU 인터페이스들에 대한 공간 멀티캐스트

○ 상반되는 QoS 요구들을 갖는 대화의 논리적 분리

● 3 스테이지 계층적 스케줄링

○ 엄격한 우선 순위 스케줄링을 통한 낮은 레이턴시 보증

○ 가중 라운드 로빈 스케줄링을 통한 공정성 보증

Claims

자동차 분야에서의 전자 제어 유닛들(이하 ECU들로서 지칭됨) 및/또는 측정 장치들 사이의 데이터 전송을 위한 방법으로서,
상기 데이터 전송의 아키텍처는 구성, 교정 및/또는 진단(이하 CD로서 지칭됨) 데이터에 작용하는 소프트웨어에서 구현되는 제어 평면, 및 측정(이하 M으로 지칭됨) 데이터 및/또는 프로토타이핑(이하 RP로서 지칭됨) 데이터를 전송하는 하드웨어에서 구현되는 데이터 평면으로 분할되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 CD 데이터는 트랜잭션들(이하 T로서 지칭됨)을 이용하여 전송되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 M 데이터 및/또는 상기 RP 데이터는 무상태 데이터 스트림들(이하 S로서 지칭됨) 내에서 전송되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 데이터 평면은 트랜잭션들의 명령들 및 응답들 및/또는 상기 스트림들을 상기 ECU들 및/또는 상기 측정 장치들로 그리고 상기 ECU들 및/또는 상기 측정 장치들로부터 전환하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은 분산 측정, 교정 및 진단(이하 MCD로서 지칭됨) 시스템 내에서 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은 자동차 내의 ECU들의 동작을 모니터링 및/또는 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은 자동차 내의 ECU들 간의 상기 데이터 전송을 모니터링 및/또는 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
자동차 분야에서 전자 제어 장치들(이하 ECU들로서 지칭됨) 및/또는 측정 장치들 사이의 데이터 전송을 제어하기 위한 ECU 인터페이스 모듈로서,
상기 ECU 인터페이스는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실현하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 ECU 인터페이스 모듈.
자동차의 전자 제어 유닛(ECU)의 동작을 모니터링 및/또는 제어하기 위한 측정 장치로서,
상기 장치는 제8항에 따른 ECU 인터페이스 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
자동차의 전자 제어 유닛(ECU)의 동작을 모니터링 및/또는 제어하기 위한 측정 장치에 또는 다른 ECU에 접속하도록 구성된 전자 제어 유닛(ECU)으로서,
상기 ECU는 제8항에 따른 ECU 인터페이스 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 ECU.