около Анил Ханна, Эндрю Паттерн, Mentor Automotive

Подключение к Интернету вещей для автомобильных приложений следующего поколения стало возможным благодаря новому программному обеспечению, разработанному с учетом аудио- и видеосетей.

Когда речь заходит о современных автомобилях, ситуация меняется. Перед автопроизводителями стоит задача удовлетворить ожидания потребителей в отношении насыщенных мультимедийных возможностей в салоне автомобиля. Между тем, безопасность стала серьезной проблемой, поскольку правила и требования начали применяться к внешнему подключению транспортных средств.

Электронизация автомобиля генерирует большие объемы данных внутри автомобиля и по всему его периметру. Эти данные должны быть интегрированы, обработаны и представлены, как правило, в режиме реального времени, в формате, который пассажиры транспортного средства сочтут приемлемым для принятия мер.

И, наконец, вопросы затрат как никогда актуальны. Задача состоит в том, чтобы внедрять инновации при одновременном снижении затрат на исследования и разработки. Встроенные системы взяли на себя ведущую роль в решении таких задач.

В автомобильной электронике наблюдается устойчивый прогресс: от простых электронных блоков управления (ЭБУ), которые не нуждались во встроенной операционной системе (ОС), до современных сложных многофункциональных ЭБУ, для которых может потребоваться несколько операционных систем. Когда-то давно встроенная операционная система рассматривалась как отдельный изолированный объект, но по соображениям производительности и безопасности это больше не может быть так. Операционная система напрямую влияет на безопасность и подключаемость к устройствам как внутри автомобиля, так и к придорожной инфраструктуре, облаку или другим транспортным средствам извне.

Подключение внутри автомобиля включает в себя обмен данными по широкому спектру физических сетей. Традиционные автомобильные сетевые технологии, такие как CAN, FlexRay, MOST и LIN, дополняются более мощными технологиями, такими как Ethernet, Ethernet Audio Video Bridging (eAVB), автомобильная аудиошина (A2B) и беспроводные решения. Проектирование отдельных сетей, как правило, определяется потребностями приложений, при этом шлюзовые ЭБУ соединяют различные домены транспортных средств. Сочетание мощных SOC и программных комплексов позволяет автопроизводителям рассматривать новые архитектуры консолидированных систем. Одним из примеров этого может быть совместная информационно-развлекательная система в автомобиле (IVI) и информационная кабина водителя, которая не только отображает варианты информационно-развлекательной системы, но и накладывает данные о работе транспортного средства, такие как скорость, состояние двигателя, указатели безопасности, а также данные от систем предупреждения о выезде с полосы движения (LDWS) и других видов систем предупреждения.

Объединение ЭБУ и модулей
Автомобили класса люкс теперь перевозят более 100 экю. И ЭБУ переходят с 8- и 16-разрядных микроконтроллеров на 32-разрядные системы на базе микропроцессоров SOC и на многоядерные архитектуры.

Поскольку транспортные средства оснащаются все большим количеством электронных функций, становится очевидным, что электронные функции необходимо объединить в модули. В связи с этим возникает ряд вопросов. Жгут проводов автомобиля становится все более сложным и тяжелым. Растущее число ЭБУ в автомобиле также вынуждает дизайнеров к большей стандартизации. Существует задача реинжиниринга программного обеспечения и, возможно, перестройки архитектуры системы для перемещения или консолидации функций между модулями.

Партнерские усилия, такие как Automotive Open System Architecture (Autosar), проделали исключительную работу по созданию и внедрению открытых стандартов для различных архитектур автомобильного программного обеспечения для решения подобных проблем. Производители автомобилей, поставщики электротехники, производители микросхем и компании, занимающиеся разработкой программного обеспечения, — все они являются членами Autosar.

Современная информационно-развлекательная система — это кабина пилота, через которую водитель и пассажир передают данные по всему транспортному средству. Информационно-развлекательная система должна подключаться к сети автомобиля, чтобы собирать данные с нескольких ЭБУ и сообщать о своем собственном статусе. Внешние подключения к интеллектуальным устройствам все чаще реализуются с помощью приложений и технологий для подключения автомобиля к смартфону, таких как Apple CarPlay, Google Android Auto и MirrorLink.

С появлением автономных автомобилей информационно-развлекательные функции также должны подключаться к другим транспортным средствам и внешнему миру. Неудивительно, что операционная система информационно-развлекательной системы, обычно устанавливаемая в головном устройстве, стала пресловутым мозгом автомобиля.

Следовательно, встроенная система, формирующая кабину пилота, является важнейшим элементом технологии. Одна концепция, относящаяся к этой роли, называется Connected OS. Разработанный компанией Mentor Graphics, он охватывает вопросы интеграции и подключения, необходимые для работы в автомобиле следующего поколения.

Программное обеспечение Connected OS использует модульную платформу Linux на базе GENIVI с пакетом поддержки платы (SuperBSP) и уровнем промежуточного программного обеспечения (OPTstack). Программная платформа «из коробки» обеспечивает такие технологии, как быстрая загрузка, мгновенное включение и оптимизированное аудио / видео — все необходимое для передовых автомобильных приложений. Одним из примеров его использования может быть обеспечение быстрого запуска системы наряду с быстрым включением аудио- и видеосигнала, необходимого для информационно-развлекательных систем с резервными камерами.

Кроме того, Connected OS предлагает поддержку промежуточного программного обеспечения для новых сетевых технологий, таких как eAVB и A2B. Предварительная интеграция программного стека eAVB особенно полезна при разработке приложений, требующих связи в режиме реального времени с низкой задержкой, например, в системах Advanced Driver Assistance Systems (ADAS).

Помимо этого, сочетание поддержки протоколов, таких как eAVB, с опытом обработки видео позволяет подключенным системам на базе ОС предоставлять такие функции, как развлечения на задних сиденьях (RSE). Стек eAVB в Connected OS разработан в соответствии со стандартами IEEE AVB и соответствует стандартам детерминированных сетей AVnu Alliance.

Поддерживаемые реализации IEEE включают IEEE 802.1AS (для обеспечения синхронизации для чувствительных ко времени приложений, таких как аудио и видео); 802.1Qat (протоколы, процедуры и управляемые объекты, которые позволяют резервировать сетевые ресурсы для определенных потоков трафика, проходящих по мостовой локальной сети); 802.1Qav (позволяет мостам предоставлять гарантии для чувствительных ко времени, чувствительная к потерям передача AV-данных в режиме реального времени); 1722.1 (обеспечивает обнаружение аудио-видео, перечисление, управление соединениями и протокол управления для устройств AVB); и 1733 (протокол, инкапсуляция данных, управление соединениями и процедуры времени представления для обеспечения взаимодействия между станциями на базе AV). Аналогичным образом, поддержка программного стека A2B в Connected OS позволяет автопроизводителям разрабатывать менее дорогие аудиосети, которые по-прежнему обеспечивают исключительное качество звука в автомобиле.

Безопасность всегда занимает важное место в списках приоритетов автопроизводителей. С появлением автономных транспортных средств появилось больше беспроводных “площадок для атак”, которыми могут воспользоваться хакеры. Безопасность должна обеспечиваться на каждом уровне архитектуры транспортного средства, от аппаратного обеспечения до встроенного программного обеспечения, приложений и даже человеческого фактора. Встроенные методы защиты программного обеспечения, такие как протоколы обмена ключами, криптография с открытым ключом, алгоритмы хэширования данных и шифрование с симметричным ключом, могут помочь повысить безопасность данных транспортного средства. Кроме того, ЭБУ, которые должны взаимодействовать друг с другом, могут обмениваться назначенными производителем ключами безопасности, прежде чем приступить к какому-либо обмену данными, поэтому передаются только необходимые и авторизованные данные.

Что касается безопасности, то минимизация дефектов программного обеспечения является обязательным условием. Стратегии всестороннего тестирования программного обеспечения, критически важного для безопасности, продолжают совершенствоваться. Благодаря тщательному разделению критически важные для безопасности элементы могут быть изолированы и сертифицированы отдельно от более сложных систем, которые сложнее полностью проверить построчно.

Компания Mentor Graphics разработала комбинацию приборов со смешанной критичностью, которая сочетает в себе сертифицированные графические индикаторы, критически важные для безопасности, с насыщенной 3D-графикой на одном дисплее. Критически важная для безопасности графика работает в защищенной аппаратной зоне. Они работают на автономной ОСРВ Nucleus SafetyCert, сертифицированной по безопасности, что обеспечивает защиту от внешнего вмешательства и атак типа «отказ в обслуживании».

Концепция подключенной ОС охватывает нечто большее, чем просто базовую операционную систему Linux. Новые многоядерные архитектуры позволяют размещать несколько операционных систем с плотной связью между ними. К ним относятся, например, операционная система Autosar basic software (BSW), операционные системы реального времени, такие как Nucleus RTOS, и даже ссылки на Android, работающие изначально или в контейнере Linux (LXC).

При использовании нескольких операционных систем включается защищенная связь с использованием таких протоколов, как Remote Processor Messaging (RPMsg) и VirtIO, поэтому информация, сгенерированная в одном домене, может передаваться в другой. Примером может служить сообщение о состоянии телефона, необходимое для отображения на дисплее кластера защищенной информации о водителе. Разделение доменов на многоядерных платформах или с помощью встроенных гипервизоров помогает управлять безопасностью и разделением при одновременной оптимизации производительности.

Графика наставника
www.mentor.com/solutions/automotive

Автозарядка
www.autosar.org