03. 차량 플랫폼 - 이더넷 MCU

최근 많은 임베디드 장치들이 통신 기능을 요구함에 따라 이더넷 연결 기능이 추가된어 네트워크 상에 데이터를 송수신 할 수 있는 MCU가 증가하고 있습니다. MCU에서 이더넷 연결을 하기위해서는 MAC과 PHY가 필요한데, MAC은 데이터 링크계층, PHY는 물리계층에 해당합니다. TCP/UDP와 IP는 S/W에서 이더넷 패킷을 만든 다음 전송은 MAC가 PHY를 통하게 하게 되는데, 이때 MAC에서 PHY로 DATA를 전송하는 통신방법으로는 MII와 RMII 등이 있습니다. 

 

관련 용어를 살펴보면 MAC은 Media Access Control의 약자로, MAC을 통해 이더넷 헤더와 CRC가 붙습니다. MII(Media Independant Interface)와 RMII(Reduced Media Independant Interface)는 IEEE표준 인터페이스로 PHY와 MAC계층사이에 위치하는 인터페이스입니다. PHY는 아날로그 신호를 1과 0의 디지털 데이터로 변환하는 역할을 해줍니다. 이더넷 PHY 트랜시버는 10/100./1000 Mbps등의 전송방식에 맞게 선택할 수 있습니다. 

 

전체적인 흐름은 S/W에서 TCP/IP 또는 UDP/IP 이더넷 패킷을 만들어 MAC으로 전달하고, MAC에서는 추가로 헤더를 붙여 MII방식을 통해서 PHY로 전송하면, PHY는 디지털 데이터를 아날로그 시그널로 만들어 TX, RX 핀으로 전송하게 됩니다. 

 

이더넷 인터페이스를 지원하는 방법으로는 MCU에 MAC+PHY가 포함된 방식도 있고, MCU에 MAC만 포함되어 PHY IC를 외부에 붙이는 방법, 또한 MAC+PHY+TCP/IP IC를 사용하는 방법이 있습니다.

MCU칩에 MAC 이 내장되어있는 경우는 네트워크 인터페이스의 MAC부분이 통합되어 있으므로 전력소비를 감소하고, 내부 신호 통신으로 인한 신뢰성을 높일 수 있습니다. 또한 MCU 제조업체가 제공하는 SW스택은 MAC과 통합 시 최적화 되어 더 나은 디버깅 환경을 갖출 수 있습니다.  대부분의 경우 이더넷 통신 기능이 확장된 MCU에서 MAC이 내장된 것은 설계 간소화, 전력 효율성, 비용 절감 등의 장점으로 인해 유리합니다. 

 한편, MAC 내장 시 PFE(Packet Forwarding Engine) 가 포함된 경우가 있는데 PFE는 패킷 필터링, 라우팅, NAPT(Network Address and Port Translation)과 같은 네트워크 작업을 직접 처리하여 CPU가 패킷을 처리하거나 포워딩할 때 다른 작업을 할 수 있게 해줍니다. 

 MCU 칩에 MAC과 PHY가 내장되어 있는 경우에는 별도의 PHY칩을 사용하지 않아도 되어 비용 절감과 전력 소비 감소 효과가 있지만, 특정 PHY 기술에 종속될 수 있어 낮은 유연성과 확장성을 가집니다.