CAN, LIN, FlexRay를 활용한 차량용 네트워크

CAN, LIN, FlexRay 등의 다중 버스망은 임베디드 시스템에서 저비용 고효율로 전자 정보를 교환하는 통합된 방식이다. 특히 오늘날에는 향상된 신뢰성, ABS(Anti-lock brake system), 조향, 차상 항법 시스템 등 많은 기능을 자동차에서 구현하기 위해 점점 더 강력한 전자망과 시스템에 의존하기 때문에 차량용 기술로서의 다중 버스망은 더욱 중요하다. 엑스바이와이어(X-by-Wire)나 플렉스레이(FlexRay) 같은 최신 시스템은 더 빠르면서도 과실 용인이 되는 망을 위한 상호 교환, 첨단의 망 구현, 그리고 더 안전하고 더 신뢰성 있는 차량을 목적으로 한다.

이 책은 차량용 네트워크에 쓰이는 다중망 버스의 기술 원리, 부품, 구현과 응용 등을 심층적이고 종합적으로 소개한다.


★ 이 책에서 다루는 내용 ★

● CAN 버스 프로토콜: 물리 계층 정보, 일치 문제, 하드웨어/소프트웨어 도구, 응용 계층
● LIN 버스 프로토콜: 개발, 특성, 문제점과 해결책
● TTCAN, 플렉스레이(FlexRay), 엑스바이와이어(X-by-Wire) 등 망 버스
● 페일세이프 SBC와 게이트웨이 등의 설계와 구현, 이종 버스 간의 연결 가능성
● 세이프바이와이어 플러스(Safe-by-Wire plus), I2C, MOST, 원격 키리스 엔트리(RKE), 타이어 공기압 모니터링


★ 이 책의 대상 독자 ★

광범위한 응용이 가능한 임베디드 시스템에 대한 귀중한 가이드 역할을 하는 『CAN, LIN, FlexRay를 활용한 차량용 네트워크』는 전자 공학자와 자동차 산업용 전자 시스템 개발자라면 꼭 읽어야 할 필독서다. 동시에 항공 분야나 첨단 망 기술을 응용하는 데 관심 있는 실무자, 자동차와 임베디드 시스템 강의를 듣는 학부 4년/대학원 수강자들에게 유익한 책이다.


★ 이 책의 구성 ★

이 책은 서로 영향을 미치고, 통합하거나 교차하는 여러 주제를 다루므로 전체적인 구도를 만들어내기가 쉽지 않았다. 결국 독자 스스로 현재의 통신 원리와 미래에 새로 등장할 다양한 프로토콜을 이해할 수 있게 돕자는 교육적인 차원에서 접근하기로 했다.

먼저 독자의 흥미를 돕기 위해 일상생활에서 접하는 응용 사례, 즉 자동차의 차상(on-board)에 장착된 차량 내부 네트워크(IVN, In-Vehicle Network) 시스템을 살펴본다. 물론 이 책에 나오는 모든 내용은 모든 응용 산업분야(공작 기계나 생산 라인의 제어, 항공 전자공학, 대형 빌딩의 자동화 시스템 등)와도 연관이 많다.

1부 CAN: 개념에서 현실까지

1장부터 5장까지는 CAN에 대한 내용이다. 현재 진행 중인 CAN 프로토콜의 내용과 물리 계층의 하부 범주(subdivision), 그리고 호환성 문제와 관련된 모든 이슈에 대해 이해할 수 있을 것이다. 이런 내용을 이미 알고 있는 사람도 있겠지만, 이 책에서는 물리 계층에 대한 세부적인 내용을 새로 포함하거나 개정했다. 이런 주제를 다룰 때 빼놓을 수 없는 CAL, CAL Open, OSEK, AUTOSAR 응용 계층과, 개발, 점검, 생산, 유지를 지원하는 데 필요한 하드웨어나 소프트웨어 도구에 대한 설명도 들어있다.

6장은 기능성과 응용 측면에서 봤을 때 CAN의 한계에 대한 내용이다. 실시간 보안 애플리케이션으로 알려져 있는 것의 의미를 설명하면서 이벤트 기반(event-triggered)과 시간 기반(time-triggered) 통신 시스템의 구분도 명확히 해놓았다. 이 부분은 엑스바이와이어(X-by-Wire)형 애플리케이션뿐 아니라 TTCAN과 플렉스레이(FlexRay) 같은 프로토콜의 기능과 내용으로 연결된다. 쉽게 말하면 기계적인 시스템의 시대는 모두 끝이 났고 이제부터는 모든 것이 '선으로(by-wire)' 연결되는 시대가 되었다는 뜻이다. 신나는 출발이다.

6장까지는 상위 수준 프로토콜에 대해 이 정도로 설명을 마친다. 이 책의 2부에서는 CAN 패밀리의 다른 멤버들과 그들 간의 관계를 다룬다.

2부 다중 버스의 새 개념: 린, 플렉스레이, 실패 안전 SBC, 세이프바이와이어

7장은 새로운 LIN 버스의 발전 과정, 속성을 상세히 설명한다. 관련 문제들과 해결책도 포함돼 있다. LIN 버스는 일반적으로 캔의 하부 타입(sub-type)으로 소개된다. 여기서 '하부'라는 말은 부정적인 뜻이 아니라 순전히 기능적인 측면에서 사용한 것이다. 8장에서는 실패 안전(Fail-safe) 시스템 기반 칩(SBC, system basis chip)과 여러 게이트웨이를 디자인하고 구성하는 방법을 설명하면서 1부에서 소개한 여러 버스와 이들의 새로운 종착지를 연결하는 다양한 게이트웨이의 가능성과 제약을 다룬다.

긴 '버스 여행'을 마치고 끝으로 자동차에 들어가는 차상 시스템과 관련해 1, 2부에서 소개된 여러 버스는 다르지만 자동차 분야에 응용 중인 다른 버스들의 다중성에 대해 간략히(백과사전은 쓰지 않겠다고 했으니) 언급해놓았다. 일부 전문가들은 궁극적으로 자동차가 안전하고 믿을 만한 이동 수단이자 오디오, 비디오, 게임도 할 수 있게 하는 가정 생활의 중심이자 사무실의 연장이 될 것이라고 믿는다. 9장부터 11장까지는 차 내부에서 작동하는 유무선 직렬 링크, 즉 '내부(internal)' 시스템(세이프바이와이어 플러스(Safe-by-Wire Plus), I2C, D2B, CPL, MOST, IEEE 1394 등)과, '외부(external)' 시스템(원격 무선 도어, 핸즈프리 수동 무선 도어, TPMS, 타이어 식별, GSM, 블루투스, 지그비, 기타 관련 시스템)을 다룬다.



★ 추천의 글 ★

오늘날 우리는 자동차가 기계 부품과 유압 시스템, 플라스틱 부품 외에도 수많은 전기전자 부품과 시스템으로 이뤄진 사실을 알고 있다. 그리고 이 부품들을 연결해주는 네트워크야말로 인체의 뇌와 신경계 같은 역할을 자동차 내에서 수행한다는 사실도 잘 알고 있다. 자동차의 3대 부문(파워트레인, 새시, 바디) 모두에서 중요한 네트워크는 주로 CAN, LIN, 플렉스레이(FlexRay)로 구현되는데, 이들이 정상적으로 작동치 않으면 현대 자동차들의 대부분 기능과 성능은 더 이상 기대할 수 없을 것이다.

『CAN, LIN, FlexRay를 활용한 차량용 네트워크』의 원서인 『Multiplexed Network for Embedded Systems』는 이런 점에서 시의적절한 책이다. 시중에 이미 나와 있는 요약서나 소개서들과는 차원이 다른, 이론적 깊이와 충실성을 갖췄고 동시에 학문적 기초를 갖춘 책으로 이 분야 입문자들에게 필요한 실무 지식도 제공하기 때문이다. 바로 이런 이유로 미국 자동차공학회(SAE)에서도 적극적으로 이 책을 출판 후원한 것으로 본다.

역자는 한 문장 한 문장에 정성과 심혈을 기울여 번역을 완료했고, 출판사는 유려하고 매력적으로 책을 디자인해 즐겁게 읽고 자주 참고할 만한 책으로 완성시켰다. 이 책이 자동차와 자동화 분야의 모든 사람에게, 특히 실시간용 다중 버스 시스템 분야의 실무 입문자와 개발자에게 좋은 길잡이가 되기를 바란다. 또 학교에서도 훌륭한 교재와 참고서 역할을 할 것으로 기대한다.

- Ph.D. 선우현
Continental Automotive Korea 사장, 한국자동차공학회(KSAE) 전기전자시스템/ITS 부문회장

자동차와 자동화는 모두 실시간 처리라는 어렵고 중요한 이슈가 있고, 그것도 분산적으로 처리해야 하는 시스템이다. 이런 점에서 CAN 버스는 최초로 업계와 학계 양쪽에서 광범위한 지지를 획득한 시스템으로, 충분히 다뤄야 할 주제임이 분명하다. LIN도 센스망 분야에서 성공적인 프토토콜이며, 플렉스레이(FlexRay)는 CAN을 점진적으로 대체할 차세대 중심 프로토콜이다.

『CAN, LIN, FlexRay를 활용한 차량용 네트워크』는 참고 서적이 매우 귀한 이 분야에 한글로 된 본격적인 전문서란 점에서 환영할 만한 책이다. 드물게 있는 이 분야의 책들은 보통 실무 경험이 부족한 채 이론만을 다루거나 반대로 이론적 배경이 없는 실제 설계 예만 다루는 경향이 있었기 때문이다. 이 책은 자동차/자동화용 네트워크의 주요 프로토콜과 활용에 대해 이론과 실무를 적절히 잘 다뤘다. 원서와 한국어판 모두 설명이 간결 명쾌하고, 개념과 실제 애플리케이션에 이르기까지 진지하고 상세한 설명과 해설을 담았으며, 최신 경향과 이 분야의 추이도 잘 짚어준다.

에이콘 출판사의 책을 만드는 진지한 자세와 성실함, 그리고 본인이 아는 역자의 전문성과 책임감을 감안할 때 이 책의 가치와 쓰임새를 충분히 믿어도 좋을 것이다. 자동차와 자동화 분야의 모든 사람에게, 특별히 실시간용 다중 버스 시스템 분야의 모든 관계자(학부생, 대학원생, 실무 입문자, 개발자)의 책꽂이에 놓일 좋은 길잡이가 될 것으로 본다.

- 홍성수
서울대학교 전기컴퓨터공학부 교수, 한국자동차공학회(KSAE) 이사


★ 저자 서문 ★

친애하는 독자에게,

CAN이나 LIN 등의 다중 네트워크는 이제 전 세계적으로 성숙한 산업 분야로 자리 잡았다. 엑스바이와이어(X-by-Wire) 같은 일부 새로운 시스템만이 아직도 연구자들의 관심을 기다리고 있다.

수년간 이 분야에서 일하면서 이 새로운 주제에 대한 책을 쓰고 싶다는 생각을 해왔다. 현재 엔지니어나 기술자, 학생들에게 도움이 될 만한 애플리케이션 관련 자료나 기술 훈련이 전무한 실정이기 때문이다. 이 책이 이런 어려움을 부분적으로나마 해소하는 데 도움이 될 것이라고 믿는다.

새 책을 쓰기 위해 펜을 들기까지(사실은 PC로 쓰지만!) 매우 오랫동안 기다렸다. 신제품이 하나씩 등장할 때마다 '모든 것이 다 좋고 괜찮다'라는 과장된 홍보가 대중성을 얻게 되기 때문이다. 그래서 나는 이런 거품이 사라지고 현상을 제대로 볼 수 있을 때까지 기다려왔지만, 보통 그렇듯이 이런 거품이 빠질 때까지는 오랜 시간이 걸린다.

이런 과장된 홍보 분위기에 휩쓸리지 않기 위해 현황을 제대로 설명을 해보면 다음과 같다. 현재 rev. 2.0으로 알려진 LIN 버전은 2003년 9월 이래 안정화됐다. 2004년 8월 이후로는 rev. 2.0과 세이프바이와이어(Safe-by-Wire)가 안정화됐다.

플렉스레이(FlexRay)의 최종 버전인 rev. 2.1은 공식적으로 2005년 3월에 출시됐다. 이렇게 세 가지 프로토콜이 차례로 소개됐고 모두가 환호를 보내고 있으니, 이제 이들의 특성을 소개할 차례가 됐다고 생각한다.

따라서 이 책의 목적은, 현재 이 분야가 빠르게 발전 중이라는 점을 전제로 하고, 현재 상황에서 가장 포괄적인 가이드라인을 제공하는 것이다. 물론 백과사전을 만들겠다는 것은 아니지만, 이 책은 이 주제에 대해서만큼은 (아무나 인터넷에서 찾을 수 있는 단순한 해석이 아닌) 자세하고 상세한 기술적인 입문서가 될 것이다. 이 책에서는 애플리케이션의 모든 '실제적'인 측면(원리, 구성품, 표준, 응용, 보안 등)을 구체적으로 설명해놓았다. 이 분야를 처음 접하는 사람들은 이 책을 통해 다양한 버스(bus)의 개념이나 응용에 대해서 전체적인 그림을 볼 수 있을 것이다.

아무쪼록 독자들에게 이 책이 재미있고 유익한 경험이 되길 바란다. 무엇보다 즐기면서 읽었으면 좋겠다. 결국 이 책은 나 자신을 위해서가 아니라 독자들을 위해서 쓴 거니까!

한 가지 꼭 강조할 내용이 있다. 이 책에는 다중 버스와 네트워크를 최대한 포괄적으로 다루는 과정에서 특허, 라이선스 또는 기타 관련 권한(비트 코딩, 통신 수단 등)에 속한 여러 기술 원리를 설명한다. 그런 기술적인 원리들은 전문가들이 모이는 학술회의나 세미나 등에서 이미 공식적으로 발표된 내용이다. 그 원리들에 대한 응용 사례는 모두 법적 규제를 준수했다.

★ 옮긴이의 말 ★

오늘날 자동차는 더 이상 단순한 기계 시스템이 아니다. 고급 자동차 내에는 수십 개의 전기 모터가 개별적이거나 상호 협조해 동작하고, 또 수십 개의 CPU가 실시간으로 개별적이거나 종합적으로 연산과 판단을 한다. 이 CPU들은 네트워크로 연결돼 작동하는데, 과거 일대일 네트워크 방식으로는 비용, 중량(따라서 저연비), 복잡성과 그에 따른 고장 증가 등의 문제로 점차 효력을 잃어가면서, 대안으로 다중망 버스가 나타났다. 따라서 어떤 면에서 오늘날의 자동차는, 차 내에 분산돼 위치하고 망으로 연결된 수십 개 모터와 CPU를 처리함에 있어서 전체 효율을 높이고 실시간으로 어떻게 처리할지 고민하는 '분산 실시간 제어 시스템' 또는 '분산 임베디드 제어 시스템' 중 하나로 볼 수 있다.

자동차용 다중 버스망 중 가장 광범위한 성공을 거둔 것으로 CAN 버스가 있다. 많은 사람이 CAN을 언급하지만, 실제적인 이론과 경험을 갖고 자신 있게 CAN이 무엇인지를 설명하거나 CAN을 사용해 분산 실시간 시스템을 제대로 구현해 보았다고 고백하는 사람은 드문 게 오늘의 현실이다. 나도 이 점에서 상당한 괴로움을 맛보았다. CAN에 대한 산발적이거나 단편적인 지식은 넘쳐나는 데 비해 정작 개발자에게 필요한 수준의 이론과 실무에 균형 있고 심도 있으며 종합적인 문헌이나 서적은(특히 한글 서적은) 참으로 귀했다. 이 시점에서 이 책의 출간은 만시지탄이긴 하지만 참으로 그 의미가 각별하다.

저자 도미니크 파레(Dominique Paret)는 CAN 드라이버 칩을 가장 먼저, 그리고 성공적으로 출시한 필립스 사(지금은 NXP)의 책임 연구원이면서 프랑스의 명문 대학원들에서 강의도 하는, 이론과 실무를 겸비한 이 분야에서 드문 전문가로서, 오랜 경험과 자료를 종합하고 심혈을 기울여 2005년 불어로 초판을 완성했다. 미국 자동차공학회(SAE) 출판부에서 이 책의 가치에 주목해 2006년 영문판을 후원해 출간하자 관련 분야에서는 가뭄에 단비를 만난 듯 이 책을 반겼다. 저자는 자동차용 다중 네트워크용 버스(CAN, LIN, FlexRay 등)에 대해 기술적 원리, 부품, 구현과 응용 등을 다루면서 심층적이고 종합적인 설명을 유려한 문체로 쉽고 재미있게 펼쳐 보인다. 이 책은 따라서 광범위한 응용이 가능한 임베디드 시스템에 대한 귀중한 가이드 역할을 하면서 전자 공학자와 자동차용 전자 시스템 개발자에게 많은 도움이 될 것을 확신한다. 동시에 항공 분야나 첨단 망 기술을 응용하는 데 관심 있는 실무자, 임베디드 시스템 강의를 듣는 학부 4년/대학원 수강자들에게도 유익한 책이다.

한국어판의 발간이 국내 자동차와 자동화용 다중 버스 시스템 개발자에게 작은 도움이 된다면 더 이상의 기쁨이 없겠다.