MCAL(Microcontroller Abstraction Layer)은 AUTOSAR 계층 구조에서 BSW(Basic Software)의 가장 아래 소프트웨어 층이다. 마이크로컨트롤러의 온칩 주변장치와 칩 밖에 있는 메모리 맵 주변장치에 정해진 API(Application Programming Interface)로 접근하게 하는 드라이버를 담고, 위 소프트웨어 계층을 마이크로컨트롤러에서 독립시킨다. MCAL의 구현은 마이크로컨트롤러에 의존하지만, 위쪽 인터페이스는 표준화할 수 있고 마이크로컨트롤러에 독립적이다.[1]
Internal driver
마이크로컨트롤러 안에 있는 장치를 internal device라 한다. 예로 내부 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), 내부 CAN 컨트롤러, 내부 ADC(Analogue Digital Converter)가 있다. internal device의 드라이버인 internal driver는 MCAL에 놓인다. 외부 장치 가운데서도 메모리 맵 방식 장치(외부 플래시 등)의 드라이버는 마이크로컨트롤러에 의존하므로 MCAL에 놓인다.[2]
모듈 그룹
MCAL은 비슷한 종류의 모듈을 묶은 여섯 모듈 그룹으로 이루어진다.[2]
| 모듈 그룹 | 담는 것 |
|---|---|
| Microcontroller Drivers | 내부 주변장치(watchdog, 범용 타이머 등)의 드라이버와 마이크로컨트롤러에 직접 접근하는 기능(core test 등). GPT(General Purpose Timer) Driver, Watchdog Driver, MCU Driver가 든다. |
| Memory Drivers | 온칩 메모리 장치(내부 플래시, 내부 EEPROM 등)와 메모리 맵 외부 메모리 장치(외부 플래시 등)의 드라이버 |
| Crypto Drivers | SHE(Secure Hardware Extension), HSM 같은 온칩 암호 장치의 드라이버 |
| Communication Drivers | SPI(Serial Peripheral Interface) 같은 ECU 보드 안 통신과 CAN 같은 차량 통신의 드라이버 |
| Wireless Communication Drivers | 차량 안이나 차량 밖 통신에 쓰는 무선 네트워크 시스템의 드라이버. Wireless Ethernet Driver가 든다. |
| I/O Drivers | 아날로그·디지털 입출력의 드라이버. Port, DIO, ADC, PWM, ICU, OCU 드라이버가 든다. |
Microcontroller Drivers에는 Core Test가, Memory Drivers에는 RAM Test와 Flash Test가, Communication Drivers에는 I2C Driver가 든다.[2]
AUTOSAR R25-11의 Core Test 명세는 Core Test(CorTst)를 코어, 곧 CPU와 그에 가까이 붙은 MMU(Memory Management Unit)·MPU(Memory Protection Unit)·인터럽트 컨트롤러 같은 단위를 시험하는 모듈로 정의한다. Core Test를 구현하려면 코어 구조를 깊이 알아야 하므로, 실리콘 제조사가 AUTOSAR API로 구현해 라이브러리로 내놓는 것을 전제한다.[3]
RAM Test(RamTst)는 RAM(Random-Access Memory) 셀이 물리적으로 성한지 시험하는 모듈이다. RAM의 내용은 시험하지 않으며, 레지스터로 쓰는 RAM도 시험한다. RAM Test는 시험 환경이 동기로 부를 수도 있고(foreground test), 태스크 등이 주기적으로 부를 수도 있다(background test).[4]
Flash Test(FlsTst)는 마이크로컨트롤러에 들어 있거나 메모리 맵으로 이어진 불변 메모리(데이터·프로그램 플래시, 프로그램 SRAM(Static RAM), locked cache)를 시험하는 알고리즘을 주는 모듈이다. Flash Test는 MCU 초기화 뒤 언제든 실행할 수 있고, 시스템 전체의 안전 개념에 통합되는 것을 전제하며 혼자서는 필요한 진단 커버리지를 내지 않는다.[5]
I2C Driver는 I2C(Inter-Integrated Circuit) 버스로 이어진 장치(예: EEPROM)를 읽고 쓰는 서비스를 주는 모듈이다. I2C Driver는 Controller 모드와 Target 모드를 구현하고, 위 층에 하드웨어에 독립적인 API를 주며, multi master mode를 지원한다. Controller는 다른 장치를 제어하며 전송을 시작하고 클록 신호를 만들고 전송을 끝내는 장치이고, Target은 Controller가 주소로 부르는 장치다.[6]
Wireless Ethernet Driver와 Cellular V2X(Vehicle-to-X) Driver는 Wireless Communication Drivers에 든다.[7] AUTOSAR R25-11은 두 모듈의 명세를 obsolete로 돌렸다.[8]
Channel, channel group, port
DIO Driver 규격은 입출력 단위를 부르는 용어 셋을 정의한다.[9]
- DIO channel: 범용 디지털 입출력 핀 하나
- DIO port: 하드웨어가 묶어 둔 여러 DIO channel. 대개 하드웨어 레지스터 하나로 제어된다.
- DIO channel group: 한 DIO port 안의 이웃한 DIO channel 여러 개를 논리적으로 묶은 것[9]
Port Driver 규격은 MCU의 설정 가능한 입출력 핀 하나를 port pin, 설정 가능한 포트 전체를 port라 부른다. 이 규격은 DIO Driver의 channel을 port pin에, port를 port에 대응시키며, channel group에 대응하는 이름은 두지 않는다.[10]
다른 I/O 드라이버 규격은 channel을 저마다 다르게 정의한다.
| 드라이버 | channel의 정의 |
|---|---|
| ADC | port pin 하나에 묶인 논리 ADC 개체. 여러 ADC channel을 같은 port pin에 매핑할 수 있다.[11] |
| PWM | 하드웨어 PWM 하나에 연결된 숫자 식별자[12] |
| ICU | 입력 신호 하나와, 설정된 측정 모드에 쓰는 하드웨어 자원에 묶인 논리 ICU 개체[13] |
| OCU | free-running counter, 비교 문턱값, 비교 결과로 하는 동작으로 이루어진 논리 개체[14] |
ADC Driver 규격의 ADC channel group은 같은 ADC hardware unit의 channel을 묶을 뿐, DIO의 channel group과 달리 한 port 안의 이웃한 channel이어야 한다는 조건은 없다.[11]
DIO, ADC, PWM, ICU, OCU 드라이버 규격은 모두 쓰는 port pin의 설정을 Port Driver에 맡긴다.[9][11][12][13][14]