의료, 산업, 자동차, 에너지 분야 등 다양한 분야에서 기계 세이프티 안전에 대한 요구와 국제적 규제가 강화되고 있다. IEC 61508, IEC 60730, ISO 26262 등 다양한 국제 안전 규격들을 준수하는 안전 평가 및 인증을 보다 쉽고 빠르게 확보하는 방안이 있다.
TI(대표이사 켄트 전)는 세이프티가 중시되는 의료용, 산업용, 에너지 모터 컨트롤 애플리케이션에 이용할 수 있는 새로운 SafeTI 설계 패키지를 제공한다. TI가 20년 넘게 쌓아온 세이프티 설계 전문성을 바탕으로 완성된 이 기능 세이프티 플랫폼은 아날로그 제품과 임베디드 프로세서(마이크로컨트롤러에서 디지털 신호 처리까지), 그리고 소프트웨어, 지원 자료, 독립적 서드파티 평가 및 인증을 포함한다.
이 설계 패키지는 15개의 새로운 Hercules RM4x ARM 코어텍스-R4 세이프티 마이크로컨트롤러와 보조적인 TPS65381-Q1 PMIC(Muti-rail Power Supply)를 포함한다.
Hercules RM4x 마이크로컨트롤러와 PMIC “세이프티 칩셋”은 결함 검출 및 완화를 극대화하고 소프트웨어 오버헤드를 최소화한다. 이들 마이크로컨트롤러와 PMIC를 포함하는 SafeTI-61508 설계 패키지는 세이프티 제품의 IEC 61508 인증을 쉽게 달성할 수 있도록 할 뿐만 아니라 제품 출시 시간을 단축할 수 있도록 도와준다.
이들 Hercules RM4x 세이프티 마이크로컨트롤러의 추가로 Hercules 마이크로컨트롤러 제품군은 총 35개의 구성을 확보하여 제품 라인을 확장하였으며, 이로써 고객들은 자신의 애플리케이션에 적합한 마이크로컨트롤러를 자유롭게 선택할 수 있게 되었다.
새로운 Hercules RM46x 부동소수점 세이프티 마이크로컨트롤러는 추가 메모리 및 성능 구성과 향상된 모터 컨트롤 성능을 제공하며, 지난 해 출시된 Hercules RM48x 세이프티 마이크로컨트롤러와 핀 호환이 가능하다.
새로운 Hercules RM42x 세이프티 마이크로컨트롤러는 세이프티 규격을 충족하면서 모터 컨트롤 인터페이스를 통합하여 한층 소형화된 패키지로 저렴한 가격대의 보급형 솔루션을 제공한다.
이들 마이크로컨트롤러와 호환이 가능한 PMIC는 단일 디바이스로 다중 전원 공급장치를 제공하고 전압 모니터링 등의 세이프티 기능들을 통합함으로써 설계 시간과 보드 공간을 절약할 수 있도록 한다.
Hercules RM4x 세이프티 마이크로컨트롤러의 주요 기능 및 장점
– 확장된 메모리 옵션과 향상된 성능: 100MHz~220MHz 록스텝(lockstep) ARM 코어텍스-R4 코어와 384KB, 1MB, 1.25MB 플래시 제공으로 설계자에게 다기능 세이프티 제품에 다양한 선택의 폭과 확장성 제공
– IEC 61508 SIL-3 인증 달성: 이들 세이프티 마이크로컨트롤러로 산업 세이프티 규격을 준수하는 콤포넌트를 통해 시스템 설계에서 보다 쉽게 IEC 61508 SIL-3 인증 달성
– 다양한 성능을 제공하는 하드웨어 세이프티 기능: 록스텝 코어를 이용한 높은 수준의 온라인 진단 성능, CPU 및 버스 마스터에 대한 메모리 보호 기능, 플래시에 대한 오류 교정 코드(ECC, Error Correction Code) 및 RAM에 대한 SECDED(Single-bit Error Correction and Double-bit Error Detection), 잠재적인 결함 검출을 위한 CPU 및 RAM BIST(built-in-self-test), 세이프티 오류에 따른 조치를 실행하기 위한 지능형 오류 시그널링 모듈, 주변장치 RAM에 대한 패리티, 중복적 아날로그-디지털 컨버터(ADC) 및 타이머, 연속적 전압 및 클록 모니터링 등.
– 통합 모터 컨트롤 기능: 향상된 PWM(pulse width modulation), 센서 포착, 쿼드러처 인코더 인터페이스를 포함한 모터 컨트롤 기능 통합으로 외부 부품 수를 절감하였으며, 32채널 타이머 코프로세서는 중복적 모터 컨트롤 채널로 동작, 모터 컨트롤 루프의 PWM 무결성 검사 가능
– 온칩 이더넷, CAN, CAN, USB 커넥티비티 기능 통합: 네트워킹을 가능하게 하고 데이터 수집 및 현장 소프트웨어 업그레이드를 위한 옵션 제공.
– 세이프티 매뉴얼 및 세이프티 분석 보고서를 포함한 세이프티 자료 제공: 이들 자료에서는 Hercules 마이크로컨트롤러를 사용한 세이프티 애플리케이션 설계 방법, 결함 모드, 결함이 미치는 영향, 세이프티 표준의 기준을 충족하기 위해서 필요한 결함 비율 정보를 제공하는 진단 분석(FMEDA)에 대한 설명서 포함
TI의 최초 펑션 세이프티(Functional Safety) PMIC TPS65381-Q1의 주요 기능 및 장점
– 단일 디바이스로 다중의 전원 공급장치 레일 포함: 내부 FET를 포함하는 비동기 벅 스위치 방식 전원 공급장치 컨버터는 입력 배터리 전압을 6V 프리-레귤레이터 출력으로 변환해서 다른 레귤레이터들로 전원 공급.
내부 FET를 포함하는 2개의 선형 레귤레이터는 CAN(controller area network)과 마이크로컨트롤러 입력/출력(I/O)으로 전원을 공급하며, 한 개의 선형 레귤레이터 컨트롤러는 마이크로컨트롤러 코어로 전원 공급. 이와 같이 다중의 전원 레일을 통합함으로써 설계 시간을 단축하고 귀중한 보드 공간을 절약 가능
– 추가적인 센서 전원 공급 장치 : 접지로의 단락 및 배터리로의 단락 방지 기능 제공하여 ECU(Electronic Control Unit) 외부의 센서로 전력 공급 가능
– 펑션 세이프티 아키텍처로 다양한 기능 통합: 질의-응답 워치도그, MCU 오류 신호 모니터, 내부 오실레이터에 대한 클록 모니터링, 클록 모니터에 대한 자가 검사, 비휘발성 메모리에 대한 CRC, 마이크로컨트롤러에 대한 리셋 회로 등의 기능 통합.
그 외 BIST 기능은 스타트업 시에 디바이스 기능을 모니터링 가능, 전용 진단 기능으로 마이크로컨트롤러가 PMIC 세이프티 기능 검사 가능. 이와 같은 세이프티 기능들을 통합함으로써 추가적인 모니터링 마이크로컨트롤러를 필요하지 않게 하므로 비용, 보드 공간, 소프트웨어 개발 시간 절약
– 세이프티 매뉴얼과 세이프티 분석 보고서를 포함한 세이프티 자료 제공: 이들 자료에서는 PMIC를 세이프티 애플리케이션에 설계하는 방법과 결함 모드, 결함이 미치는 영향, 세이프티 표준을 충족하기 위해서 요구되는 결함 비율 정보를 제공하는 진단 분석(FMEDA)에 대한 설명서 포함
보다 쉬운 세이프티 애플리케이션 설계를 위한 툴, 소프트웨어 및 지원
– Hercules 개발 키트 – 저렴한 USB 스틱(TMDXRM48USB) 또는 개발 보드, TI의 Code Composer Studio™ 통합 개발 환경(IDE), HALCoGen 주변 장치 구성 툴, (BIST 실행 및 오류 강제 모드를 시연하는) 세이프티 데모를 포함하는 전기 능의 개발 키트(TMDXRM42HDK 및 TMDXRM46HDK)을 통해 빠른 실행 가능
– Hercules 모터 컨트롤 키트 – Hercules RM46x 모터 컨트롤 키트(DRV8301-RM46-KIT)로 모터를 몇 분 이내에 안전하게 실행할 수 있으며, 이 키트는 RM46x controlCARD(TMDXRM46CNCD)(별도 구매 가능), TPS65381-Q1 전원장치, DRV8301 EVM, Teknic 서보 모터를 포함.
또한 이 키트는 TI의 MotorWare™ 소프트웨어를 제공하며, 이 소프트웨어는 위치 센서에 대한 중복적/세이프티 채널로서 센서리스 피드백을 지원하는 FOC(field-oriented-control) 알고리즘과 ARM CMSIS DSP 라이브러리와 세이프티 기능들을 지원하는 HALCoGen 주변장치 라이브러리를 이용한 예제 프로젝트를 포함
– SafeTI ARM 컴파일러 검증 키트 – TI의 새로운 컴파일러 검증 키트를 이용함으로써 개발 툴에 대한 확신을 높일 수 있으며, ISO 26262 및 IEC 61508 인증에 대한 요구를 충족하기 위해 TI ARM 컴파일러 사용에 대해 문서화, 분석 및 검증 가능
SafeTI 설계 패키지는 산업용, 전장용, 트랜스포테이션, 에너지 및 의료용을 비롯한 다양한 시장의 세이프티 제품 개발 설계 작업을 가속화할 수 있다.
또한 새로운 SafeTI-61508 설계 패키지는 산업용, 의료용, 에너지용 모터 컨트롤 애플리케이션에 적합하며, 15개의 Hercules™ RM4x ARM® 코어텍스™-R4 세이프티 마이크로컨트롤러와 보조적인 TPS65381-Q1 다중 레일 전원 공급장치를 포함한다.
기능 세이프티 설계를 위한 SafeTI 설계 패키지의 5가지 핵심 요소
1. 기능 세이프티 가능 반도체 부품 포함: 세이프티 표준을 준수하도록 설계된 기능 세이프티 반도체 부품을 포함하여 설계자가 신뢰할 수 있는 세이프티 시스템 설계 가능
2. 개발 및 인증작업을 단축시키는 세이프티 자료, 툴 및 소프트웨어: SafeTI 자료는 제품 세이프티 아키텍처와 권장 사용방법에 관한 세이프티 매뉴얼, 상세한 세이프티 분석 보고서, 해당 표준을 요약한 세이프티 보고서 포함
3. 보조 임베디드 프로세싱 및 아날로그 부품: 보조 임베디드 프로세싱과 아날로그 부품을 포함하여 설계자가 세이프티 표준을 준수할 수 있도록 지원
4. 고품질 제조 프로세스 적용: 고품질 프로세스를 적용하여 SafeTI 부품이 부품 차원에서 ISO9001 또는 ISO/TS 16949(자동차에 관한 AEC-Q100 포함) 표준의 요구사항 충족 및 견고한 솔루션 달성
5. 세이프티 개발 프로세스: ISO 26262, IEC 61508, IEC 60730을 준수하는 세이프티 개발 프로세스 적용
한 단계 업그레이드를 가져온 기능 세이프티 개발
SafeTI 설계 패키지는 시스템 결함과 임의적인 결함 모두를 관리하도록 지원하여 세이프티 기능의 시스템 설계를 가능케 한다. SafeTI 부품을 이용해 고객들은 손쉽게 세이프티 규격을 준수할 수 있으며, 빠르게 변화하는 세이프티 시장에서 보다 빠르게 제품을 출시할 수 있다.
– 오토모티브 제품 설계자들은 SafeTI-26262 설계 패키지를 이용해 부품 차원에서 ISO 26262 표준을 준수하고 스티어링, 제동, 트랜스미션, 전기차 배터리 관리, 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS, Advanced Driver-assistance Systems) 같은 다양한 전장용 제품을 위한 ASIL-A부터 ASIL-D까지의 인증을 지원한다. TI는 ISO26262의 US 및 국제 협력 멤버이다.
– 트랜스포테이션, 산업용 및 의료용 설계자들은 SafeTI-61508 설계 패키지를 이용해 부품 차원에서 IEC 61508을 준수할 수 있으며, SIL-1부터 SIL03까지 지원한다.
또한 산업용 컨트롤러, 원격 입/출력(I/O), HMI (Human Machine Interface), 세이프티/셧다운 및 프로세스 장비 등을 위한 SIL-4 인증 역시 달성할 수 있다. 아울러 열차 제어, 시그널링 및 제동, 의료용 주입 펌프, 방독면, 통풍기 등과 같은 세이프티 제품 설계 시 적합하다.
– 가전기기 개발자들은 SafeTI-60730 설계 패키지를 이용해 세탁기, 냉장고, 가정용 전기 제어 등과 같은 가전기기 설계 시 요구되는 IEC 60730/UL 1998 표준을 준수할 수 있다. 이 설계 패키지는 IEC 60730 표준을 준수하고 클래스 A에서 클래스 C까지의 요구를 충족할 수 있도록 한다.
– SafeTI-Quality Managed (QM) 제품은 엄격한 개발 공정하에 개발되었다. 세이프티 매뉴얼과 시스템 부품을 분석한 세이프티 분석 보고서를 함께 제공하며, SafeTI-QM 부품은 임베디드 프로세서, 전원 관리 디바이스, 모터 드라이버, 그 밖의 다수의 아날로그 부품을 포함한다.
세이프티 제품 개발을 위한 개발 툴, 소프트웨어 및 지원
– 세이프티 컴파일러: SafeTI ARM 컴파일러 검증 패키지는 ISO 26262 및 IEC 61508 규격 준수를 위한 TI ARM 컴파일러 사용을 문서화, 분석 및 검증 가능
– GUI 기반 주변장치 구성 툴: SafeTI HALCoGen 그래픽 사용자 인터페이스는 주변장치, 인터럽트, 클록, 기타 마이크로컨트롤러 파라미터를 구성하고 주변장치 및 드라이버 코드를 생성하며, 개발자는 이 툴을 통해 새로운 프로젝트의 개발 시간을 단축하고, 이 작업을 TI의 CCS(Code Composer Studio) 통합 개발 환경(IDE) v.5로 이동 또는 서드파티 IDE 선택 가능
– ISO 26262 표준을 준수하는 MCAL 및 Safe AutoSAR 지원: TI의 MCAL(Microcontroller Abstraction Layer)와 TTTech/Vector의 AutoSAR(Safe Automotive Open System Architecture)가 지원되며, ISO 26262 AutoSAR 지원은 백터 및 일렉트로비트(Elektrobit)를 통해 이용 가능
– IEC 61508 표준을 위한 인증된 RTOS 지원: 비텐스타인 하이 인티그리티 시스템(Wittenstein High Integrity System)의 SAFERTOS, 미크리엄(Micrium)의 mC/OS, 익스프레스 로직(Express Logic)의 ThreadX 및 SCIOPTA RTOS을 통한 실시간 운영체제 지원
SafeTI 설계 패키지에 대한 보다 자세한 정보
– SafeTI 설계 패키지 개요 비디오: www.ti.com/hercules-safeti-pr-v
아이씨엔 매거진 2012년 10월호
