자동차에 최적화된 MOST 버스와 멀티미디어 네트워크

오늘은 차량에서 사용하는 통신 프로토콜중에서 MOST버스에 대해서 알아보려고 합니다. 차량에서 멀티미디어의 사용이 증가하면서 기존 버스로는 전송이 어려워 채택된 버스방식으로 자세히 알아보도록 하겠습니다.

특히 MOST 버스 및 시스템 사양에 대해서 알아보고 다른 자동차 버스들과 비교하해보려고 합니다. 모뎀 자동차에서 분산 스피커 및 마이크를 지원하기 위해 개발된 자동차 오디오 버스(A2B)도 함께 정리했습니다.

1. MOST(Media-Oriented Systems Transport) 버스 정의

MOST(Media-Oriented Systems Transport) 버스는 초기에 높은 비트 전송률을 지원하기 위해 광섬유 상에서 구현을 위해 고안된 방식입니다. 현재는 광섬유와 구리 전송 계층이 정의되어 있어요. MOST는 라디오, CD 및 DVD 플레이어, GPS 내비게이션 시스템 및 인포테인먼트 ECU(전자 제어 장치)와 같은 자동차 주변 장치를 위한 버스 솔류션입니다.

MOST는 자동차 분야에 최적화되었지만 비자동차 분야에도 사용됩니다. 데이지 체인 또는 링 토폴로지와 동기식 데이터 통신을 통해 플라스틱 광섬유(POF)(MOST25, MOST150) 또는 전기 도체(MOST50, MOST150) 물리 계층에서 오디오, 비디오 및 데이터 신호를 전송하는 것이 이상적이지요

MOST를 개발하는 동기에는 EMC(전자파 호환성) 문제와 차량의 멀티미디어 장치를 위한 상호 연결 시스템의 무게 및 크기가 포함되요. 멀티미디어 플레이어, 모바일폰 인터페이스 및 무선이 사용자 인터페이스에 연결된 기본 시스템(4개 구성요소)으로 예를 들어보겠습니다.

기존 상호 연결에는 다음과 같은 구성이 됩니다.

- 시스템용 케이블 6개, 총 길이: 12m
- 케이블당 도체 3개, 총 도체 길이: 36m
- 36 접점; 총중량: 1700g
MOST 직렬 버스만 사용하면 됩니다.

- 케이블 4개, 총 길이: 9m
- 케이블당 도체 1개, 총 도체 길이: 9m
- 접점 8개; 총중량: 123g
- MOST는 기존의 상호 연결 아키텍처에 비해 상당한 전체 시스템이 작아집니다. 이러한 절감액은 멀티미디어 시스템의 장치 수가 증가함에 따라 그 효과를 더더욱 발휘하게 됩니다.

2. MOST버스의 장점

멀티미디어 데이터 전송에 MOST 버스를 사용하면 여러가지 이점이 있습니다.

- 관리하기 쉬운 EMC 문제
- 케이블 및 커넥터 수 감소
- 전체 케이블 길이 단축
- 경량화 및 소형화
- 신뢰성 향상 및 비용 절감

MOST 직렬 버스는 오늘날의 자동차에서 멀티미디어 장치르 쉽게 지원가능합니다.. 데이터 통신을 위한 ISO/OSI-Model의 물리적 및 데이터 링크 계층과 7개 계층은 MOST 사양에 정의되어 있어요. 멀티미디어 장치에서 MOST 프로토콜의 통합은 표준화된 인터페이스의 사용을 통해 단순화할 수 있어요.

MOST는 소프트웨어 프로토콜 및 하드웨어 아키텍처라고 보시면 됩니다. MOST는 멀티미디어 장치 설계자를 위해 통신 프로토콜을 제공하고 표준화된 API를 통해 장치 기능에 대한 액세스를 제공합니다.

MOST 네트워크 서비스 드라이버 소프트웨어는 통신을 지원하며 기본 계층 시스템 서비스(계층 3, 4, 5)와 애플리케이션 소켓 서비스(계층 6)를 포함합니다. MOST 네트워크 서비스 드라이버 요소는 계층 7의 API와 물리적 계층의 네트워크 인터페이스 컨트롤러 간의 MOST 프로토콜을 지원하고 있어요.

3. MOST 네트워크

MOST 네트워크는 링 구성에서 최대 46개의 장치를 관리할 수 있어요. 플러그 앤 플레이 기능을 통해 MOST 장치를 네트워크에 신속하게 추가하거나 네트워크에서 삭제할 수 있구요.

선택적으로, 이러한 네트워크는 가상 스타 또는 다른 토폴로지를 사용하여 구현될 수 있습니다. 중복 이중 링 토폴로지는 일반적으로 안전에 중요한 장치 및 애플리케이션에 사용합니다.

MOST 네트워크의 한 장치는 네트워크에 MOST 프레임을 지속적으로 공급하는 타이밍 마스터로 간주됩니다. 각 프레임 전송의 시작은 다른 장치(타이밍 팔로워라고 함)가 동기화를 위해 사용하는 preamble로 시작한다. 타이밍 마스터로부터의 동기 전송을 사용하여 타이밍 팔로워에 대한 지속적인 동기화 업데이트가 활성화됩니다.

그렇다면, 왜 이미 있는 자동차 버스를 사용하지 않을까요? 이는 이들이 모두 원가와 성능 사이에 동등한 균형을 제공하지 않기 때문입니다. 비싸다는 뜻이죠.

BroadR-Reach는 일부 자동차 인포테인먼트 네트워크에서 사용합니다. 최대 10Gbit/s의 속도를 제공하지만 훨씬 비싸죠.

LS-CAN(Controller Area Network), LIN(Local Interconnect Network) 및 OBDII(Onboard Diagnostics II)와 같은 직렬 버스는 속도가 너무 느려서 비디오를 전송할 수 없구요.

FlexRay는 CAN 및 기타 직렬 버스보다 빠르지만 미디어가 아닌 유선 드라이브와 같은 타이밍이 중요한 애플리케이션에 최적화되어 있는 통신 버스입니다.

이더넷이 훨씬 강력한 경쟁자지만, 다른 여러 자동차 애플리케이션에 사용되지만 MOST보다 비용이 비싸요. CAT5 케이블 연결의 제한 사항을 고려할 때 광섬유를 통한 이더넷이 가능할 수 있어요. 그러나 MOST가 동기화되는 동안 이더넷은 비동기화되거든요. 

4. Automotive audio bus(A2B)

고속 데이터 전송 속도 멀티미디어 장치에 최적화된 MOST 버스와 달리, Automotive 오디오 버스(A2B)는 50Mbps의 정격을 자랑합니다. 마스터(헤드 유닛)가 직렬 네트워크에서 최대 10개의 오디오 장치를 제어할 수 있어요.

일반적인 차량 실내에는 분산 스피커, 서브우퍼 및 여러 개의 마이크가 장착됩니다. 마이크는 종종 실내 곳곳에 배포되며 오디오 시스템 튜닝, 도로 소음 감소, 음성 제어(모든 좌석에서 핸즈프리 통화 등)와 같은 다양한 기능에 사용되지요.

A2B는 인터IC 사운드(I2S), 시분할 다중(TDM), 펄스 밀도 변조(PDM) 데이터, I2C 제어 정보, 클럭 및 전력을 단일 2선 무실드 트위스트 페어(UTP) 케이블을 사용하여 전송할 수 있는 양방향 디지털 버스라고 보시면 됩니다. 노드 간 최대 15m까지 기능할 수 있으며, 데이지 체인 전체 길이는 40m까지 가능합니다.

A2B 네트워크의 클럭은 모든 노드와 시리얼 오디오에 대해 동기화될 수 있어요. 마이크 데이터는 모든 노드에서 동시에 수신되구요. A2B 아키텍처는 독립형 네트워크, 임베디드 하위 네트워크 내에서 또는 다른 장거리 버스에 연결된 전송 버스로 구현될 수 있습니다.

A2B는 Jitter가 없고 50µs의 낮은 고정 대기 시간을 갖습니다. 모든 시스템 노드에서 각 프레임에 대한 데이터를 동시에 샘플링하고 전송하여 낮은 지연 시간을 보장해요. A2B는 구성 가능한 44.1 또는 48 kHz 프레임률과 최대 50 Mbps의 대역폭을 가지고 있으므로 아날로그 네트워크에 비해 고품질 오디오 제공에 유리합니다.

5. MOST버스의 향후 발전방향

MOST는 전자기 호환성(EMC) 문제를 해결하고 자동차의 멀티미디어 장치를 위한 상호 연결 시스템의 무게와 크기를 줄이기 위해 개발된 버스입니다. POF 또는 구리 케이블로 구현할 수 있으며 단일 네트워크에서 최대 46개의 장치를 지원할 수 있어요

MOST는 다른 자동차용 통신 버스와 비교하여 최상의 가격 대비 성능의 가성비가 좋은 버스입니다. 그러나 장기적으로 이더넷이 멀티미디어 네트워크영 MOST를 대체할 가능성이 높아보입니다. MOST 외에도 A2B 버스는 차량 실내에서 스피커와 마이크를 지원하도록 오디어오에 최적화 되어 있어서 두 버스는 다르게 발전할 것으로 보입니다.