Other Parts Discussed in Post: AM263P4-Q1

션 머피 (Sean Murphy)

소프트웨어는 사무실 건물, 공장 현장 및 자동차에서 기계 부품과 고정식 전기 회로를 대체하고 있다. 예를 들어, 기계적 잠금 장치를 스마트 락으로 교체하면 앱을 통해 사용자가 제어할 수 있고, 제조업체는 소프트웨어 업데이트를 통해 잠금 기능을 개선하거나 수정할 수 있다. 하지만 이러한 트렌드에서 자주 간과하는 것 중 하나는 바로 메모리 요구사항이 점점 늘고 있다는 점이다.

일반적으로 플래시 메모리를 내장하는 마이크로컨트롤러(MCU)에서는 메모리 크기가 빠른 속도로 증가하고 있다. 거시적인 추세 외에도 더 높은 컴퓨팅 대역폭, 기능 통합, 추가적인 대형 통신 스택 포함 등 플래시 요구사항을 더욱 증가시키는 몇가지 구체적인 트렌드가 있다. 이러한 요구 사항은 기본 및 백업 이미지를 모두 저장해야 하므로 OTA(over-the-air) 업데이트가 필요할 때 자동으로 두 배로 설정된다.

더 많은 메모리에 대한 요구는 많은 설계자들이 "메모리에 대한 불안"을 느끼게 하고 있으며, 이는 곧 온칩 메모리 부족에 대한 우려로 구체화된다. 이러한 메모리 요구 사항의 급속한 증가는 확장성과 비용 측면에서 지속가능성이 떨어진다.

이러한 우려를 해결할 수 있는 한 가지 방법은 외부 플래시 MCU 솔루션을 활용하는 것이다.

MCU와 플래시 기술을 분리하면 보다 확장성이 뛰어나고 비용 효율적인 시스템을 만들 수 있다. 임베디드 플래시 MCU는 경우에 따라 확장성을 위해 더 많은 메모리로 업그레이드할 수 있도록 완전히 다른 장치로 교환해야 될 수 있다. 비용 효율성을 위해서는 성능에 대한 요구사항이 증가하고 MCU가 더 낮은 처리 노드에서 생산됨에 따라 플래시는 충전 펌프와 같은 아날로그 구성요소로 인해 단순히 일반적인 디지털 CMOS 프로세스처럼 작아지지 않는다.

작은 처리 노드에서는 확장하기가 어렵다는 점은 곧 임베디드 플래시 MCU에 대한 추가 비용을 지불하는 결과로 이어지며, 특히 대용량 메모리 크기의 경우, 외부 플래시 대비 16MB를 위해 많게는 2달러를 추가로 지불하게 된다. 하지만, MCU에서 플래시 메모리를 제외하려면 성능, 보안 및 기능 안전과 관련된 설계 문제도 짚고 넘어가야 한다. TI는 엔지니어링 과제를 해결하면서도 비용 및 확장성 이점을 얻을 수 있는 외부 플래시 메모리를 설계하기 위해 OptiFlash 메모리 기술을 개발했다.

그림 1 은 TI AM263P4-Q1 MCU에 적용한 OptiFlash 기술 아키텍처의 간소화된 다이어그램을 보여준다.

 그림 1: AM263P4-Q1MCU 적용한 OptiFlash 메모리 기술

OptiFlash 기술이란?

OptiFlash는 하드웨어 메모리 컨트롤러 가속기 및 소프트웨어 도구를 통합한 기술이다. AM263P4-Q1 MCU는 성능 문제를 해결하기 위해 외부 플래시 통합 회로에 대한 고대역폭 및 핀 수가 적은 8진 직렬 주변 장치 인터페이스를 갖추고 있다. 이 인터페이스는 8개의 데이터 레인으로 최대 133MHz의 두 배 데이터 속도에서 실행할 수 있다. 외부 인터페이스에 보강된 플래시 캐시는 플래시 명령어를 위한 컨트롤러 역할을 하며 온칩 RAM에 캐시된 명령어를 배치한다. 플래시 캐싱만으로 코드 구조에 따라 XIP(Execute In Place) 성능을 80%까지 향상시킬 수 있다.

외부 플래시에서 흔히 마주하는 또 다른 성능 관련 과제는 바로 부팅 시간이다. 하드웨어 부팅 가속기를 사용하면 OptiFlash 기술이 부팅 프로세스의 일부를 병렬화하여 완전히 구동될때까지 이미지 크기에 따라 초기 CAN (Controller Area Network) 메시지를 최대 56ms 또는 118ms의 속도로 구현한다. OptiFlash 기술에는 하드웨어 가속기 외에도 스마트 배치와 같은 정적 코드 분석 도구도 포함되어 있어 애플리케이션 코드를 프로파일링하고 실행 빈도에 따라 긴밀하게 결합된 메모리, RAM 또는 플래시에 코드 배치를 권장한다.

오토모티브 안전 무결성 수준(ASIL)을 최대 ASIL D 까지, 사이버 보안은 EVITA(E-Safety Vehicle Intrusion Protected Applications) HSM(하드웨어 보안 모듈) 수준까지 달성할 수 있게 설계된 장치에 OptiFlash를 포함하면 외부 플래시를 구현하기 위한 기능 안전과 보안 기능을 고려해야 한다. 데이터 전송 중의 무결성을 보장하기 위해 TI는 전송 오류를 감지하고 수정하기 위해 하드웨어에 인라인 오류 수정 코드를 구현했다. 보안 측면에서 보면 플래시는 외부 장치이므로, 이론적으로 사이버 공격자들은 데이터 라인을 탐침하고 중간자 공격을 통해 실행되는 코드를 읽을 수 있다. 외부 플래시의 코드 및 데이터를 암호화하면 해당 라인에서 "청취한" 데이터가 암호화되므로 이러한 가능성이 줄어든다. 하지만 플래시에서 제대로 실행되기 때문에 OptiFlash에는 사용자의 작업 없이 하드웨어에서 보안 기능을 수행할 수 있는 즉각적인 인증 및 암호화 블록이 포함되어 있다.

이러한 성능 가속기와 대형 온칩 RAM(AM263P4-Q1의 3.5MB)을 결합하면 총 성능은 온칩 RAM에서 직접 실행하는 것과 비슷하다. TI 벤치마킹 데이터에 따르면, OptiFlash 기술을 적용하는 경우 온칩 RAM에 비해 XIP 성능 저하가 최저 10% 더 많은 CPU 사이클만큼 낮다.

결론

OptiFlash 메모리 기술은 소프트웨어 정의 아키텍처로 메모리 요구사항이 더 커지면서 메모리 아키텍처의 패러다임 전환을 통해 외부 플래시의 확장성 및 비용 효율성을 실현한다. 이를 통해 무선 업데이트를 통해 차량에 중요한 소프트웨어 업데이트를 할 수 있거나, 상대적으로 큰 통신 스택을 위해 더 많은 공간을 필요로 하는 네트워킹을 통해 보다 연결된 시스템을 사용할 수 있다. OptiFlash 메모리 기술은 확장성이 뛰어나고 비용 효율적인 메모리 스토리지를 제공함으로써 자동차 업계의 새로운 트렌드에 대한 장벽을 줄여준다.

(원문보기)

Anonymous