자동차 디자인은 과거 순수한 기계적 시스템에서 최대 100개의 마이크로프로세서를 포함하는 현대식 자동차에 이르기까지 계속해서 발전해오고 있다. 기존에 자동차에서 전자 기술을 활용하는 기능에는 차량 오디오와 같은 엔터테인먼트 관련 기능뿐이었다. 배기 방출 및 연비 등의 자동차 성능과 관련된 정부 규정이 도입된 후 비로소 자동차 기능의 전자 제어가 보편화되기 시작했다.

자동차 디자인의 디지털 신호 컨트롤러

글│Priyabrata Sinha,

애플리케이션 엔지니어,

디지털 신호 컨트롤러 사업부,

마이크로칩

자동차 디자인은 과거 순수한 기계적 시스템에서 최대 100개의 마이크로프로세서를 포함하는 현대식 자동차에 이르기까지 계속해서 발전해오고 있다. 기존에 자동차에서 전자 기술을 활용하는 기능에는 차량 오디오와 같은 엔터테인먼트 관련 기능뿐이었다. 배기 방출 및 연비 등의 자동차 성능과 관련된 정부 규정이 도입된 후 비로소 자동차 기능의 전자 제어가 보편화되기 시작했다.

그림 1. 차량 내 다양한 프로세서에서 수행하는 작업의 일부가 포함된 간소화된 엔진 제어 시스템을 보여준다

초기에 이러한 기능 중 일부는 별도의 하드웨어 구성 요소나 디지털 로직에서 수행되었다. 마이크로컨트롤러(MCU)와 같은 임베디드 프로세서 솔루션이 등장함에 따라 해당 모듈에 필요한 특정 작업을 수행하도록 프로그래밍할 수 있는 MCU가 탑재된 고정 하드웨어로 교체하는 것이 비용 및 유연성 면에서 점점 유리해지고 있으며 규정 및 표준에 따라 불가피한 경우도 있다.

방풍 유리 와이퍼 회전 및 도어 열기 기능을 연동하는 가장 단순한 8비트 MCU에서 엔진을 제어하는 복잡한 32비트 MCU에 이르기까지 자동차 디자인에는 다양한 MCU가 사용된다. 대부분의 16비트 MCU가 이 스펙트럼의 범위 내에 있으며 이는 계산 능력, 메모리 크기, 전력 소비 및 주변 장치 특성에 상당한 변화가 있음을 반영한다. 자동차 제품의 성능, 신뢰성 및 향상된 기능을 위해서는 개별 자동차 서브시스템마다 적절한 프로세서를 선택하고 다양한 서브시스템으로 처리 성능을 적절하게 배분하는 것이 중요하다.

두 영역에 모두 적합한 디지털 신호 컨트롤러

대부분의 자동차 제어 및 모니터링 작업에는 상당한 수학적 계산이 요구된다. 예를 들어 엔진 워밍업 도중 MCU가 MAF(Mass Air Flow) 센서 및 엔진의 RPM(Revolutions-Per-Minute) 카운터 데이터를 샘플링할 수 있으며 측정된 수량을 기반으로 다음 식에 따라 각 실린더에 주입해야 하는 연료량을 계산해야 한다.

F = MAF / (K