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Here is an English summary of the research paper regarding the Ethernet-enabled Vehicle Control Unit (VCU) using TMS320F28335 and W5500.

Summary: Ethernet Communication System Design for EV VCU

1. Research Overview

This paper proposes a hardware and software design for an Ethernet-based Vehicle Control Unit (VCU), the "brain" of electric vehicles. As modern vehicles require higher data bandwidth than traditional CAN buses (1 Mbit/s) can provide, this study focuses on implementing a high-speed, reliable Ethernet interface using an embedded system.

2. System Architecture

Main Processor: TI’s TMS320F28335 (a high-performance 32-bit DSP) handles the core vehicle control logic.

Ethernet Controller: The W5500 chip is used to manage networking tasks.

Interfacing: The system utilizes a Virtual SPI method via the DSP’s I/O ports or McBSP to connect the two chips, ensuring flexibility in hardware design.

3. Why W5500 was selected for the VCU?

The choice of the W5500 Ethernet chip is critical for the following reasons:

Resource Efficiency (Hardwired TCP/IP Stack): Unlike software-based stacks (e.g., LwIP) that consume significant CPU and memory, the W5500 processes protocols at the hardware level. This allows the DSP to dedicate its full processing power to real-time vehicle control.

Simplified Design: The SPI interface requires only 4–6 pins, saving valuable I/O space on the DSP compared to parallel interfaces. It also allows for "Virtual SPI" implementation if hardware SPI pins are unavailable.

Enhanced Reliability: Since the protocol stack is hardwired, it is immune to software bugs like memory leaks. This ensures that the main control routine remains uninterrupted even during heavy network traffic—a vital feature for vehicle safety.

Cost and Space Optimization: The W5500 is an "All-in-One" solution featuring integrated MAC and PHY layers, which reduces the physical PCB size and overall manufacturing costs.

Multi-Socket Support: It supports up to 8 independent sockets, allowing the VCU to handle multiple tasks simultaneously, such as diagnostics, sensor data transmission, and control commands.

4. Conclusion & Impact

The study successfully demonstrates a stable data transmission system in both TCP Client and Server modes. By combining a general-purpose DSP with a hardware-stack Ethernet chip, the researchers developed an economical and robust networking solution suitable for the high-bandwidth requirements of next-generation autonomous and connected electric vehicles.

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이 논문은 전기차의 핵심 부문인 차량 제어 장치(VCU, Vehicle Control Unit)의 이더넷 통신 기능을 구현하기 위한 하드웨어 및 소프트웨어 설계에 관한 연구입니다. 

이 논문은 TMS320F28335 DSP와 W5500 이더넷 칩을 결합하여 차량 제어 장치(VCU)를 위한 효율적인 이더넷 인터페이스를 설계하고 구현한 내용을 담고 있습니다.

본 논문은 전기차의 두뇌 역할을 하는 차량 제어 장치(VCU)의 통신 성능을 개선하기 위해 하드웨어 기반의 이더넷 시스템을 제안합니다. 
 

시스템 구성: 고성능 32비트 DSP인 TMS320F28335를 메인 프로세서로 사용하고, 프로토콜 처리를 전담하는 W5500 이더넷 칩을 연결했습니다.

주요 내용은 다음과 같습니다.

Abstract

차량 제어 장치(VCU)는 차량 전체 제어의 핵심 컨트롤러로, 일반적으로 자동차 버스를 통해 차량의 각 시스템을 관리합니다. 본 논문에서는 VCU의 이더넷 통신을 위해 특별히 개발된 임베디드 시스템을 설계합니다. 

이 시스템은 TI의 TMS320F28335 마이크로컨트롤러를 처리 장치로 사용합니다. 처리 칩 자체의 특성상, 네트워크 칩으로는 TCP/IP 프로토콜이 통합된 W5500 이더넷 칩을 채택했습니다. 

데이터 송수신 기능을 구현하기 위해, F28335의 I/O 인터페이스의 가상 SPI 버스 연결 방식을 통해 차량 전체 VCU의 이더넷 통신 기능을 구현했습니다.

1. 연구 배경 및 목적
배경: 현대 자동차 시스템은 데이터 전송량이 급증하면서 기존의 CAN 통신만으로는 한계가 있어, 고속 데이터 전송이 가능한 이더넷(Ethernet) 도입이 필수적이 되었습니다.

목적: 고성능 마이크로컨트롤러(DSP)인 TI사의 TMS320F28335와 이더넷 컨트롤러인 W5500을 결합하여, 차량용 VCU에 최적화된 저비용·고효율의 이더넷 인터페이스를 설계하는 것입니다.

배경 및 필요성: 기존 CAN 통신(1 Mbit/s)은 증가하는 데이터 상호작용 수요를 충족하기에 대역폭이 부족합니다. 또한, 소프트웨어 방식의 TCP/IP 프로토콜 스택(LwIP 등)은 MCU의 메모리 리소스를 많이 소모하는 단점이 있습니다.

2. 주요 시스템 구성
프로세서 (TMS320F28335): TI사의 C2000 시리즈 DSP로, 빠른 연산 능력을 갖추고 있어 차량 제어 로직을 처리합니다.

이더넷 칩 (W5500): TCP/IP 프로토콜 스택이 하드웨어적으로 내장된 칩입니다. 프로세서의 부하를 줄여주며, SPI 인터페이스를 통해 통신합니다.

연결 방식: F28335의 일반 I/O 포트를 활용한 가상 SPI(Virtual SPI) 방식을 사용하여 W5500과 데이터를 주고받도록 설계되었습니다.

기술적 특징:
SPI 인터페이스: DSP의 I/O 포트를 가상 SPI 버스로 활용하거나, McBSP 인터페이스를 SPI 모드로 설정하여 W5500과 통신합니다. 
 

3. 주요 구현 내용
하드웨어 설계: F28335와 W5500 사이의 회로 설계, 전원 공급 및 신호 무결성을 고려한 인터페이스 구성.

소프트웨어 설계: 가상 SPI 통신 드라이버 개발, W5500 초기화 루틴, TCP/IP 프로토콜을 이용한 데이터 송수신 기능 구현.

기능 검증: 설계된 시스템을 통해 VCU가 차량 내부 네트워크에서 데이터를 안정적으로 주고받을 수 있음을 확인했습니다.

다중 인터페이스 구현: McBSP를 활용해 여러 개의 이더넷 포트를 구성함으로써 네트워크 중복성(Redundancy)과 안정성을 확보했습니다.

4. 결론 및 기대 효과
이 연구는 고가의 이더넷 전용 프로세서를 사용하지 않고도 기존의 범용 DSP(F28335)와 하드웨어 스택 칩(W5500)을 조합해 경제적이고 안정적인 차량용 이더넷 솔루션을 제시했다는 점에 의의가 있습니다.

이를 통해 차량 제어 장치의 데이터 처리 속도를 높이고, 향후 자율주행이나 커넥티드 카 환경을 위한 통신 기초를 마련했습니다.

전기차의 발전 방향에 맞춰 이더넷 기반의 VCU(차량 제어기) 설계가 필수적이며, 본 논문의 설계가 그 유효성을 증명했다고 결론짓고 있습니다.

기술적 특징:
SPI 인터페이스: DSP의 I/O 포트를 가상 SPI 버스로 활용하거나, McBSP 인터페이스를 SPI 모드로 설정하여 W5500과 통신합니다. 
결과: 실험을 통해 TCP Client 및 Server 모드에서 안정적인 데이터 송수신을 확인하였으며, 이는 고대역폭과 높은 신뢰성이 요구되는 차세대 VCU 네트워킹에 적합함을 입증했습니다.

5. 위 논문에서 W5500을 사용한 이유는 무엇일까? 

5-1. MCU(F28335)의 자원 보호 (하드웨어 TCP/IP 스택)
가장 결정적인 이유입니다.

다른 칩의 경우: 많은 이더넷 칩은 데이터의 물리적 전송(PHY/MAC)만 담당합니다. 이 경우 TCP, IP, UDP 같은 복잡한 프로토콜 계산을 메인 프로세서인 F28335가 직접 처리해야 합니다(소프트웨어 스택 방식).

W5500의 장점: W5500은 TCP/IP 프로토콜 자체가 칩 내부에 하드웨어 회로로 구현되어 있습니다. F28335는 차량 제어 알고리즘 계산에만 집중할 수 있고, 통신에 들어가는 연산 부담을 0에 가깝게 줄일 수 있습니다.

5-2. 설계의 단순화 (SPI 인터페이스 활용)
연결 편의성: F28335와 같은 DSP는 핀 수가 제한적일 수 있습니다. 병렬(Parallel) 방식의 이더넷 칩은 수십 개의 핀을 사용해야 하지만, W5500은 SPI 인터페이스를 사용하여 최소한의 핀(4~6개)으로 연결이 가능합니다.

유연성: 논문에서도 언급되었듯이, 하드웨어 SPI 핀이 부족할 경우 일반 I/O 핀을 사용해 가상 SPI(Virtual SPI)로 구현하기가 매우 용이합니다.

5-3. 안정성과 신뢰성 (차량용 VCU에 필수)
네트워크 독립성: 소프트웨어 방식의 TCP/IP 스택은 코드가 복잡하여 버그나 메모리 누수(Memory Leak)가 발생할 위험이 있습니다.

W5500의 장점: 하드웨어로 고정된 프로토콜을 사용하므로, 외부의 비정상적인 네트워크 공격이나 대량의 트래픽에도 MCU의 메인 루틴이 멈추지 않고 안정적으로 동작합니다. 이는 안전이 중요한 차량 제어 장치(VCU) 설계에서 큰 장점이 됩니다.

5-4. 비용 및 공간 효율성 (All-in-One 칩)
내장 PHY: W5500은 MAC(매체 접근 제어)뿐만 아니라 PHY(물리 계층)까지 내장하고 있어, 별도의 PHY 칩을 추가할 필요가 없습니다.

이는 회로 보드(PCB) 크기를 줄여주고, 전체적인 시스템 제작 비용을 낮추는 데 기여합니다.

5-5. 8개의 독립적인 소켓 지원
차량 시스템은 진단 장비 연결, 센서 데이터 전송, 제어 명령 수신 등 여러 가지 통신을 동시에 수행해야 할 때가 많습니다. W5500은 최대 8개의 연결을 동시에 독립적으로 관리할 수 있어 확장이 유리합니다.

요약하자면: 연구자는 메인 프로세서인 F28335의 연산 성능을 온전히 차량 제어에 집중시키면서도, 가장 빠르고 안정적으로 이더넷 기능을 추가하기 위해 '하드웨어 방식'의 W5500을 선택한 것입니다. 만약 소프트웨어 스택 방식의 칩을 썼다면 F28335의 실시간성(Real-time)이 저하될 우려가 있었을 것입니다.

4장짜리 논문에  W5500이 34번 언급됩니다.

제목 : 1

abstract : 1

key words : 1

1. 서론 : 1

2. 아키텍쳐 : 3

3. 하드웨어 디자인 : 10

4. 소프트웨어 디자인 : 10

5. 테스트 : 4

6. 결론 : 1

Reference : 2

2장 아키텍쳐에서는  자동차 중앙 MCU 와 VCU 간의 통신을 이더넷으로 하는 것을 W5500 이 담당한다.

3장 하드웨어 디자인에서는  W5500 을 설명하는 초반부에 5번 언급되고, 마지막 인터페이스 회로 연결 부분에 5번 언급됩니다.

4장 소프트웨어 디자인에서는 마지막 부분 이더넷 통신 설계 부분에 10번이 모두 나와 있습니다.

5장에서는  W5500 으로 만든 VCU 를 가지고 검증하는 단계입니다.

W5500의 게이트웨이 IP 주소와 PC 주소는 반드시 동일한 서브넷에 있어야 합니다.
W5500의 물리 주소(MAC)는 고유해야 하며, 다른 장치와 중복되어서는 안 됩니다.
W5500의 포트 번호와 IP 주소는 상위 컴퓨터(PC)와 동일하게 설정할 수 없습니다.

VI. 결론 부분에도 아래와 같이 1번 언급이 됩니다.

저전력 고성능인 F28335 칩과 하드웨어 TCP/IP 프로토콜 스택이 통합된 W5500 칩을 채택하여 VCU 탑재에 적합한 임베디드 이더넷 시스템을 설계했습니다.
McBSP를 기반으로 한 다중 네트워크 포트 설계는 서로 다른 시스템 간의 네트워크 상호 연결을 실현할 수 있게 합니다.

이더넷 통신 기술의 장점을 충분히 활용하여 기존 CAN 전송 방식의 단점을 보완하였으며, 이는 현재 VCU 지역 네트워크(Regional Networking) 발전 방향에 부합합니다.

Reference

https://tetris00.tistory.com/59