KR101188413B1 - 차량 전자 제어 유닛의 안정성 확보를 위한 가상화 및 이중화 시스템 및 그 안정성 확보 방법 - Google Patents

차량 전자 제어 유닛의 안정성 확보를 위한 가상화 및 이중화 시스템 및 그 안정성 확보 방법 Download PDF

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Abstract

차량 전자 제어 유닛의 안정성 확보를 위한 가상화 및 이중화 시스템이 개시된다. 이 시스템은 차량의 전자 제어를 위해 가상화 계층 상에 생성된 주 가상 머신, 가상화 계층 상에 생성된 주 가상 머신과 동일한 부 가상 머신, 및 가상화 계층을 제공하며 하드웨어 입출력 제어권을 가진 주 가상 머신의 이상 발생시 부 가상 머신에 하드웨어 입출력 제어권을 부여하는 가상 머신 모니터를 포함한다. 전자 제어 유닛의 가상화 및 이중화를 통해 차량 전자 제어 유닛의 안정적인 동작이 가능해진다.

Description

차량 전자 제어 유닛의 안정성 확보를 위한 가상화 및 이중화 시스템 및 그 안정성 확보 방법{Virtualization/Redundancy system for vehicle's ECU safety and method for the vehicle's ECU safety}
본 발명은 차량 시스템에 관한 것으로, 특히 차량의 전자 제어 유닛(electronic control unit) 관리에 관한 것이다.
시스템 안정성 확보를 위해, CPU를 두 개 사용하는 방식이 알려져 있다. 이는 두 개의 CPU가 서로 모니터링하여 어느 하나의 CPU의 동작에 문제가 발생하면 다른 CPU가 동작되도록 하는 방식이다. 또한 CPU가 아닌 시스템 자체를 이중화하는 방법도 플랜트 분야에서 알려져 있다. 그러나 이러한 방식들은 하드웨어의 복잡도를 상승시키며, 가격 상승을 초래할 수밖에 없다. 한편, 최근에는 CPU에 sub-CPU를 내장하여, sub-CPU로 하여금 CPU를 모니터링하여 문제 발생시 CPU를 리셋시키는 방식이 알려져 있다. 그러나 CPU 이상 발생시 CPU가 리셋되면, 시스템 정지 상황으로 인해 차량 급정지와 같은 사고가 유발될 수 있다.
본 발명은 차량 전자 제어 유닛의 안정성을 확보할 수 있는 기술적 방안을 제공함을 목적으로 한다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 차량 전자 제어 유닛의 안정성 확보를 위한 가상화 및 이중화 시스템은 차량의 전자 제어를 위해 가상화 계층 상에 생성된 주 가상 머신, 가상화 계층 상에 생성된 주 가상 머신과 동일한 부 가상 머신, 및 가상화 계층을 제공하며 하드웨어 입출력 제어권을 가진 주 가상 머신의 이상 발생시 부 가상 머신에 하드웨어 입출력 제어권을 부여하는 가상 머신 모니터를 포함한다.
여기서 가상 머신 모니터는 주기적으로 주 가상 머신으로 신호를 송출하고, 그에 대한 응답 수신 여부를 통해 주 가상 머신의 이상 여부를 판단할 수 있다. 아니면 부 가상 머신이 주기적으로 주 가상 머신으로 신호를 송출하고, 그에 대한 응답 미수신시 가상 머신 모니터로 주 가상 머신의 이상 발생을 통보할 수도 있다.
나아가 가상 머신 모니터는 메모리 관리 유닛의 설정 변경을 통해 부 가상 머신에 하드웨어 입출력 제어권을 부여할 수 있으며, 또한 가상 머신 모니터는 하드웨어 입출력 제어권을 넘긴 주 가상 머신을 리셋시킬 수 있다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 가상 머신 모니터에 의해 수행되는 차량 전자 제어 유닛의 안정성 확보 방법은 가상화 계층 상에 차량의 전자 제어를 위해 생성된 주 가상 머신과 가상화 계층 상에 생성된 주 가상 머신과 동일한 부 가상 머신 중 주 가상 머신에 하드웨어 입출력 제어권을 부여하는 단계, 하드웨어 입출력 제어권이 부여된 주 가상 머신의 이상 발생 여부를 감시하는 단계, 및 감시 결과 주 가상 머신의 이상 발생시 부 가상 머신에 하드웨어 입출력 제어권을 부여하는 단계를 포함한다.
추가로 이 방법은 하드웨어 입출력 제어권을 부용 전자 제어 유닛에 넘긴 주 가상 머신을 리셋시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고 가상 머신 모니터는 메모리 관리 유닛의 설정 변경을 통해 주 가상 머신 혹은 부 가상 머신에 하드웨어 입출력 제어권을 부여할 수 있다.
본 발명은 전자 제어 유닛의 가상화 및 이중화를 통해 차량 전자 제어 유닛의 안정적인 동작을 가능하게 한다. 이는 종래 하드웨어 시스템을 이중화하는 방식과 비교하여 추가적인 하드웨어를 요하지 않으며, 이에 따라 제품의 크기를 최소화하면서도 전자 제어 유닛의 안정적인 동작을 가능하게 하는 효과를 창출한다. 또한 가격 면에서도 기존에 비해 저렴하게 구현 가능하다. 또한 본 발명은 멀티코어 CPU 활용시 CPU 사용량의 최적화를 가능하게 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 전자 제어 유닛의 안정성 확보를 위한 가상화 및 이중화 시스템 아키텍처 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 머신 모니터에 의해 수행되는 차량 전자 제어 유닛의 안정성 확보 방법에 대한 흐름도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 전자 제어 유닛의 안정성 확보를 위한 상태 천이도.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 전자 제어 유닛의 안정성 확보를 위한 가상화 및 이중화 시스템 아키텍처 블록도이다.
하드웨어 플랫폼(110)은 CPU(Central Processing Unit), 메모리, 입출력 포트 등을 포함하는 하드웨어 장치들로 구성된다. 가상 머신 모니터(Virtual Machine Monitor, VMM)는 하드웨어 플랫폼(110) 상에 위치하며, 하나의 하드웨어를 가상화(virtualization)시켜 다수의 운영 체제가 동작할 수 있도록 할 수 있다. 각 운영 체제는 가상화를 통해 실제 물리적으로 하나의 자원을 이용하는 것이 아니라 가상화 계층(virtualization layer)을 통해서 접근할 수 있다. 주 가상 머신(130)과 부 가상 머신(140)은 가상 머신 모니터(120)에 의해 제공되는 가상화 계층 상의 논리적으로 구분된 각 영역에 구현된다. 주 가상 머신(130)과 부 가상 머신(140) 각각은 운영 체제와 운영 체제상에서 차량의 전자 제어를 위한 ECU 어플리케이션들로 이루어질 수 있다. 부 가상 머신(140)은 주 가상 머신(130)과 동일하게 구현된 것으로, 주 가상 머신(130)의 이상 발생시 주 가상 머신(130) 대신에 동작을 수행하기 위한 백업용 가상 머신이다. 이상과 같은 시스템 아키텍처는 차량의 전자 제어 장치에 구현되어 기존의 차량 ECU의 전자 제어와 동일한 역할을 수행한다. 이하에서는 위와 같은 아키텍처로 이루어진 시스템 동작에 대해 설명한다.
<제1실시예>
시스템 초기 동작시, 가상 머신 모니터(120)는 주 가상 머신(130)에 하드웨어 입출력 제어권을 부여한다. 이에 주 가상 머신(130)은 ECU 어플리케이션 실행 및 어플리케이션 실행에 따른 필요한 하드웨어 플랫폼(110)의 자원을 하드웨어 입출력 제어권을 통해 이용하여 차량의 전자 제어를 위한 동작을 수행(차량 내 전자적으로 제어되는 기계장치를 포함하는 각종 전장품에 대한 전자 제어)한다. 부 가상 머신(140)은 주 가상 머신(130)의 동작 여부를 실시간 체크(Live check)한다. 일 실시예에 있어서, 부 가상 머신(140)은 주 가상 머신(130)으로 신호를 송출하고 그에 대한 응답(ACK)을 요청하며, 응답이 수신되면 주 가상 머신(130)이 정상적으로 동작중인 것으로 판단한다. 만일 부 가상 머신(140)이 주 가상 머신(130)으로부터 응답을 받지 못하면, 부 가상 머신(140)에 주 가상 머신(130)의 동작에 이상이 있음을 가상 머신 모니터(120)에 알린다.
이에 가상 머신 모니터(120)는 주 가상 머신(130)에 부여된 하드웨어 입출력 제어권을 박탈하고 부 가상 머신(140)에 하드웨어 입출력 제어권을 넘겨준다. 일 실시예에 있어서, 가상 머신 모니터(120)는 하드웨어 플랫폼(110)에 위치한 메모리 관리 유닛(Memory Management Unit, MMU)의 설정 변경을 통한 메모리 접근 제어 주소를 교체하여 부 가상 머신(140)에 하드웨어 입출력 제어권을 넘겨준다. 가상 머신 모니터(120)는 부 가상 머신(140)에 하드웨어 입출력 제어권을 넘긴 후, 주 가상 머신(130)을 리셋시킨다. 리셋된 주 가상 머신(130)은 부 가상 머신(140)의 역할을 수행한다. 즉, 주 가상 머신(130)은 부 가상 머신(140)의 동작 여부를 실시간 체크하는 것이다. 부 가상 머신(140)의 동작에 이상이 발생하면, 상술한 바와 같은 방식을 통해 하드웨어 입출력 제어권이 다시 주 가상 머신(130)에게 넘어간다. 그리고 부 가상 머신(140)은 가상 머신 모니터(120)에 의해 리셋된다.
<제2실시예>
시스템 초기 동작시, 가상 머신 모니터(120)는 주 가상 머신(130)에 하드웨어 입출력 제어권을 부여한다. 이에 주 가상 머신(130)은 ECU 어플리케이션 실행 및 어플리케이션 실행에 따른 필요한 하드웨어 플랫폼(110)의 자원을 하드웨어 입출력 제어권을 통해 이용하여 차량의 전자 제어를 위한 동작을 수행(차량 내 전자적으로 제어되는 기계장치를 포함하는 각종 전장품에 대한 전자 제어)한다. 가상 머신 모니터(120)는 주 가상 머신(130)의 동작 이상 여부를 모니터링한다. 일 실시예에 있어서, 가상 머신 모니터(120)는 주 가상 머신(130)으로 신호를 송출하고 그에 대한 응답(ACK)을 요청하여 응답 수신 여부에 따라 주 가상 머신(130)의 동작 이상 여부를 판단한다.
만일 주 가상 머신(130)의 동작에 이상이 있는 것으로 판단되면, 가상 머신 모니터(120)는 주 가상 머신(130)에 부여된 하드웨어 입출력 제어권을 박탈하고 부 가상 머신(140)에 하드웨어 입출력 제어권을 넘겨준다. 일 실시예에 있어서, 가상 머신 모니터(120)는 하드웨어 플랫폼(110)에 위치한 MMU의 설정 변경을 통한 메모리 접근 제어 주소를 교체하여 부 가상 머신(140)에 하드웨어 입출력 제어권을 넘겨준다. 가상 머신 모니터(120)는 부 가상 머신(140)에 하드웨어 입출력 제어권을 넘긴 후, 주 가상 머신(130)을 리셋시킨다. 이후, 가상 머신 모니터(120)는 부 가상 머신(140)의 동작 이상 여부를 모니터링하고, 이상 발생시 하드웨어 입출력 제어권을 다시 주 가상 머신(130)에게 넘기고 부 가상 머신(140)을 리셋시킨다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 머신 모니터에 의해 수행되는 차량 전자 제어 유닛의 안정성 확보 방법에 대한 흐름도이다.
가상 머신 모니터(120)는 시스템 초기 동작시 주 가상 머신(130)에 하드웨어 입출력 제어권을 부여한다(S210). 일 실시예에 있어서, 가상 머신 모니터(120)는 하드웨어 플랫폼(110)에 위치한 MMU의 설정 변경을 통해 주 가상 머신(130)에 하드웨어 입출력 제어권을 부여할 수 있다. 가상 머신 모니터(120)는 하드웨어 입출력 제어권을 부여받아 동작하는 주 가상 머신(130)이 정상적으로 동작하는지를 지속적으로 모니터링하며, 모니터링 결과를 통해 주 가상 머신(130)이 정상적으로 동작하는지 아닌지를 판단한다(S220)(S230). 일 실시예에 있어서, 가상 머신 모니터(120)는 주 가상 머신(130)으로 신호를 송출하여 응답(ACK)을 요청하고 그에 대한 응답이 수신되지 않으면 주 가상 머신(130)이 제대로 동작하지 않는 것으로 판단한다. S230 과정에서 주 가상 머신(130)이 동작하지 않는 것으로 판단되면, 가상 머신 모니터(120)는 주 가상 머신(130)에 부여된 하드웨어 입출력 제어권을 부 가상 머신(140)으로 넘긴다(S240). 일 실시예에 있어서, 가상 머신 모니터(120)는 MMU의 설정 변경을 통해 하드웨어 입출력 제어권을 주 가상 머신(130)에서 부 가상 머신(140)으로 넘길 수 있다. 이에 따라 차량의 전자 제어를 위한 동작 주체가 주 가상 머신(130)에서 부 가상 머신(140)으로 절체된다. 가상 머신 모니터(120)는 하드웨어 입출력 제어권을 부 가상 머신(140)으로 넘긴 주 가상 머신(130)을 리셋시킨다(S250). 이후, 가상 머신 모니터(120)는 부 가상 머신(140)의 동작 이상 여부를 모니터링하고, 이상 발생시 하드웨어 입출력 제어권을 다시 주 가상 머신(130)에게 넘기고 부 가상 머신(140)을 리셋시킨다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 전자 제어 유닛의 안정성 확보를 위한 상태 천이도이다.
시스템 동작이 개시되면, 주 가상 머신(130)에 하드웨어 입출력 제어권이 부여되고, 주 가상 머신을 모니터링하는 상태(310)로 천이된다. 주 가상 머신 모니터링 상태(310)에서 주 가상 머신(130)의 동작에 이상이 없으면 주 가상 머신 모니터링 상태(310)는 유지된다. 만일 주 가상 머신(130)의 동작에 이상이 발생하면 부 가상 머신(140)에 하드웨어 입출력 제어권이 부여되고, 주 가상(130) 머신은 리셋되며, 주 가상 머신 모니터링 상태(310)에서 부 가상 머신 모니터링 상태(320)로 천이된다. 부 가상 머신 모니터링 상태(320)에서 부 가상 머신(140)의 동작에 이상이 없으면 부 가상 머신 모니터링 상태(320)는 계속 유지된다. 만일 부 가상 머신(140)의 동작에 이상이 발생하면 주 가상 머신(130)에 하드웨어 입출력 제어권이 부여되고, 부 가상 머신(140)은 리셋되며, 부 가상 머신 모니터링 상태(320)에서 주 가상 머신 모니터링 상태(310)로 천이된다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
110 : 하드웨어 플랫폼 120 : 가상 머신 모니터
130 : 주 가상 머신 140 : 부 가상 머신

Claims (8)

  1. 차량의 전자 제어를 위해 가상화 계층 상에 생성된 주 가상 머신;
    상기 가상화 계층 상에 생성된 상기 주 가상 머신과 동일한 부 가상 머신; 및
    상기 가상화 계층을 제공하며, 하드웨어 입출력 제어권을 가진 상기 주 가상 머신의 이상 발생시 상기 부 가상 머신에 상기 하드웨어 입출력 제어권을 부여하는 가상 머신 모니터;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 전자 제어 유닛의 안정성 확보를 위한 가상화 및 이중화 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가상 머신 모니터는 주기적으로 상기 주 가상 머신으로 신호를 송출하고, 그에 대한 응답 수신 여부를 통해 상기 주 가상 머신의 이상 여부를 판단함을 특징으로 하는 차량 전자 제어 유닛의 안정성 확보를 위한 가상화 및 이중화 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 부 가상 머신이 주기적으로 상기 주 가상 머신으로 신호를 송출하고, 그에 대한 응답 미수신시 상기 가상 머신 모니터로 상기 주 가상 머신의 이상 발생을 통보함을 특징으로 하는 차량 전자 제어 유닛의 안정성 확보를 위한 가상화 및 이중화 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가상 머신 모니터는 메모리 관리 유닛(memory management unit)의 설정 변경을 통해 상기 부 가상 머신에 상기 하드웨어 입출력 제어권을 부여함을 특징으로 하는 차량 전자 제어 유닛의 안정성 확보를 위한 가상화 및 이중화 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가상 머신 모니터는 하드웨어 입출력 제어권을 넘긴 상기 주 가상 머신을 리셋시킴을 특징으로 하는 차량 전자 제어 유닛의 안정성 확보를 위한 가상화 및 이중화 시스템.
  6. 가상화 계층 상에 차량의 전자 제어를 위해 생성된 주 가상 머신과 상기 가상화 계층 상에 생성된 상기 주 가상 머신과 동일한 부 가상 머신 중 상기 주 가상 머신에 하드웨어 입출력 제어권을 부여하는 단계;
    상기 하드웨어 입출력 제어권이 부여된 상기 주 가상 머신의 이상 발생 여부를 감시하는 단계; 및
    상기 감시 결과 상기 주 가상 머신의 이상 발생시 상기 부 가상 머신에 상기 하드웨어 입출력 제어권을 부여하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 머신 모니터에 의해 수행되는 차량 전자 제어 유닛의 안정성 확보 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가상 머신 모니터는 상기 하드웨어 입출력 제어권을 상기 부 가상 머신에 넘긴 상기 주 가상 머신을 리셋시키는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 머신 모니터에 의해 수행되는 차량 전자 제어 유닛의 안정성 확보 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 가상 머신 모니터는 메모리 관리 유닛(memory management unit)의 설정 변경을 통해 상기 주 가상 머신 혹은 상기 부 가상 머신에 상기 하드웨어 입출력 제어권을 부여함을 특징으로 하는 가상 머신 모니터에 의해 수행되는 차량 전자 제어 유닛의 안정성 확보 방법.
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