Gateway 설계를 위한 FlexRay 버스의 시간 해석에 대한 연구

Abstract

최근의 차량 시스템에는 사용자의 다양한 요구를 만족시키고자 차량용 내장 제어시스템들이 네트웍에 연결되어 있는 버스 기반 분산 제어 시스템이 널리 이용되고 있다. 특히 전자 제어 장치의 수가 급증함에 따라, 차량의 실시간 성능보장을 위한 차량용 네트웍의 시간해석이 중요시되고 있다. 현재 가장 널리 사용되는 차량용 통신 프로토콜인 CAN, LIN 과 태스크의 시간 일정에 대해서는 많은 연구가 진행되어 왔다. 하지만, 최근 주목 받고 있는 FlexRay 의 시간 해석에대한 연구는 미흡한 실정이다. 따라서, 이번 연구에서는 CAN, LIN 등의 기존 네트웍과 FlexRay 가 혼재되어 있는 이종 네트웍 시스템의 gateway 설계를 위한 FlexRay 의 시간 해석 방법을 제시하였다. 이를 위해, 우선 FlexRay 버스를 통하여 전달되는 정적 (static) 메시지와 동적 (dynamic) 메시지의 최악 응답시간(Worst-case response time) 해석 모델을 정의하였다. 또한, 시스템 설계자가 FlexRay 기반의 분산 실시간 제어 시스템을 쉽게 해석할 수 있도록 MATLAB 기반의 응답 시간해석 도구인 RAT-FR 을 제시하였다. 시간 해석 결과를 통해 시스템 설계자는 설계 단계에서 최악의 경우에도 메시지가 시간 제약 조건 (timing constraint) 을 만족하며, 정상적으로 전달 될 수 있는가를 예측할 수 있다. 또한, 이를 통해 시스템 개발에 드는 비용과 시간을 절감할 수 있게 된다. 이 연구 결과를 바탕으로, FlexRay 기반의 분산 실시간 제어 시스템의 설계를 효율적으로 수행할 수 있다. 더 나아가, FlexRay 의 네트웍 최적화 방법의 초석이 될 것으로 예상한다.; With the increasing network usage of automotive embedded control systems, holistic timing analysis has been regarded as one of the significant design considerations for guaranteeing real-time performance. Although there have been several studies on response time analysis of task scheduling, control area network and local interconnect network, few studies have been proposed for response time analysis of FlexRay bus, which is expected as a practical standard for in-vehicle network. In this paper, we propose a FlexRay bus timing analysis algorithm for gateway design. Firstly, we define timing analysis model, which consists of worst case response time of static and dynamic messages on FlexRay bus. From the results of the analysis, system designers can evaluate the schedulability of distributed control systems before implementation and thereby reduce development cost and time. Furthermore, in order to provide a systematic method to analyze the holistic response time of FlexRay-based distributed real-time control systems, we developed a MATLAB-based response time analysis tool, called RAT-FR. Finally, we present the experimental results of a case study for the evaluation of the proposed timing analysis algorithms.