W architekturze systemów elektroniki samochodowej dochodzi do zmian. Trwają one już prawie dekadę i teraz nabierają tempa. Dotyczy to głównie startupów, ponieważ nie mają one historycznych ograniczeń ani zakorzenionych, faworyzowanych projektów, a w związku, z czym mogą zacząć od czystej kartki.
I tak Tesla udowodniła zalety startu od zera, podejmując się projektowania elektroniki, do czego wykorzystała architekturę systemu zorientowaną na oprogramowanie i opartą na aktualizacjach bezprzewodowych. Wszyscy rozumieją plusy zdalnych aktualizacji oprogramowania, a producenci OEM inwestują, aby wdrożyć oprogramowanie OTA. Muszą, jednakże zrobić znacznie więcej i zasadniczo zacząć od wyrzucenia za okno podręczników projektowania systemów samochodowych bazujących na ECU i CAN. Zamiast tego należy przejść na architekturę systemu elektronicznego opartą o Ethernet i korzystać z tak zwanej architektury zorientowanej na usługi (SOA) — im szybciej, tym lepiej. Można to, również nazwać: „czystą architekturą” systemu dla elektroniki samochodowej. Zmiana ta zajmie wiele lat, ale każdy nowy model powinien wykorzystywać powyższe ujęcie.
W poniższym artykule omówimy ten temat i przedstawimy kilka tez pokazujących, jak ważne jest to, aby główni producenci OEM przyjęli modę na zmianę architektury systemu. Kolejna tabela to podsumowanie tematów omówionych w systemie.
Czym jest architektura czystej karty?
Architektura czystego arkusza oznacza korzystanie z najlepszych dostępnych nowych technologii i ignorowanie starszych wersji systemu oraz ich ograniczeń i wad. To zawsze trudna decyzja projektowa, ponieważ nie będziesz korzystać z bazy doświadczeń w zakresie systemów, projektowania, łańcuchów dostaw, testowania, konserwacji, wiedzy o ludziach i z innych cennych infrastruktur.
Aby zastąpić istniejącą konstrukcję bazową konieczne jest opracowanie innego podłoża dla architektury, co zajmie dużo czasu. W związku z tym rozwój architektury czystej karty nastąpi przede wszystkim w przypadku nowych projektów samochodów. Wraz z przejściem na te pojazdy i wiele dopiero tworzonych projektów, jest to, więc dobry czas dla producentów OEM na dokonanie przeskoku na użyteczniejsze architektury systemów elektronicznych.
Istnieje zgodność, co do tego, jakie cechy powinna zawierać nowa architektura systemu samochodowego. Musi to być architektura zorientowana na oprogramowanie na wszystkich poziomach, zorganizowana wokół jednostek ECU. Oznacza to hierarchię platform oprogramowania wielokrotnego użytku, które są połączone za pomocą interfejsów programowania aplikacji (API) – i są systematycznie używane tam, gdzie to możliwe, w każdym ECU. Platforma oprogramowania połączona z interfejsem API jest synonimem architektury SOA. SOA jest intensywnie wykorzystywane w branży IT i w chmurze z uwagi na jej zalety. Jest to podstawa dla Amazon AWS, Azure i prawie wszystkich innych organizacji korzystających z platform chmurowych. Wiele zalet architektury SOA dotyczy systemów elektroniki samochodowej.
Ethernet to dobry wybór dla nowej architektury magistrali w elektronice samochodowej. Istnieje duża różnorodność wersji Ethernetu pod względem szybkości i właściwości fizycznych, a kolejne są w drodze. Te wybory powinny spełniać wszystkie wymagania motoryzacyjne i zazwyczaj zaoferować wiele korzyści, począwszy od szybkości i wagi, a skończywszy na kosztach — jeśli nie teraz, to w najbliższej przyszłości.
Główną zaletą Ethernetu jest lepsza charakterystyka wdrażania cyberbezpieczeństwa. Ponieważ we wszystkich przyszłych systemach samochodowych wymagane są wbudowane zabezpieczenia cybernetyczne i aktualizacje OTA, Ethernet jest tutaj doskonałym wyborem.
Problemy z architekturą magistrali CAN
Magistrala CAN jest podstawowym koniem roboczym dla przemysłu motoryzacyjnego od około 30 lat, ale obecnie możliwości Ethernetu znacznie przewyższają to, na co pozwala CAN. Wprowadzono wiele ulepszeń CAN z CAN-FD na czele, co zapewnia znaczące korzyści. CAN-FD został wydany w 2012 roku i jest dobrym rozwiązaniem krótkoterminowym, ale nie opcją długookresową. CAN-FD nie jest wystarczająco użyteczny, aby zachować zwyczajowo dominujący projekt CAN w przyszłych jednostkach systemowych.
Szybkość magistrali CAN jest mniejsza niż Ethernet. FlexRay można zastąpić, ale baza doświadczeń i przyszłe ulepszenia nie mogą konkurować z dynamiką Ethernetu. Wspomniano o słabościach cyberbezpieczeństwa, które będą coraz większą wadą.
Główną zaletą magistrali CAN jest ogromna baza doświadczeń i struktura wsparcia od części do ludzi. Te atuty ulegną dewaluacji w ciągu najbliższych kilku lat i tylko opóźnią to, co nieuniknione.
Zalety SOA i Ethernet
SOA definiuje sposób, w jaki platformy i komponenty oprogramowania komunikują się ze sobą za pomocą interfejsów API. Główną zaletą architektury SOA jest możliwość ponownego wykorzystania i współdziałania platform oprogramowania za pośrednictwem interfejsów usług. Te zalety stworzyły duży ekosystem SOA w branży High-Tech. Zalety SOA spowodowały wzrost liczby chipów, systemów i platform oprogramowania oraz umożliwiły szybki rozwój rozwiązań chmurowych, oraz SaaS. Branża motoryzacyjna już od dawna dostrzega korzyści płynące z wprowadzania SaaS i jednostek chmurowych opartych na architekturze SOA.
Rozwój sztucznej inteligencji opiera się, również na przyszłych ulepszeniach SOA i postępach technologicznych. Segmenty sztucznej inteligencji, takie jak uczenie maszynowe i sieci neuronowe etc., zwiększą swój wpływ na architekturę systemów motoryzacyjnych. Pojazdy autonomiczne są szczególnie zależne od wykorzystania AI i SOA w swoich wysokowydajnych systemach komputerowych.
Potencjał innowacji SOA-Ethernet
Mechanizmy SOA i Ethernet otrzymują ogromne inwestycje, co przekłada się na innowacyjność w wielu branżach, m.in. w przemyśle samochodowym w porównaniu z tym, co miało miejsce wcześniej, gdy wiele systemów z aut było zastrzeżone i używane wyłącznie względem rynku motoryzacyjnego.
Wielobranżowe inwestycje w systemy SOA-Ethernet przyniosą znaczne korzyści jednostkom systemów automatycznych, w tym oprogramowaniu, SaaS i platformom w chmurze. Podobne postępy i innowacje będą realizowane przez chipy obliczeniowe, chipy pamięci, czujniki i inne technologie stosowane w układach elektronicznych.
Producenci OEM korzystający z czystej architektury
Firmy korzystające z tej nowej architektury opartej na SOA i Ethernet to głównie startupy motoryzacyjne zajmujące się pojazdami elektrycznymi. Te podążyły za przykładem Tesli, a część z nich osiągnęła więcej, niż dotychczas wskazana marka, albowiem zaczęli później, mając więcej wersji Ethernetu i sprawniejsze ekosystemy dla SOA do wyboru.
Pojazdy autonomiczne, które opracowywane są przez mniejsze startupy, również używają architektury systemu SOA-Ethernet — przynajmniej dla swoich jednostek elektronicznych. Pytanie brzmi, kiedy tradycyjni producenci OEM pójdą w ich ślady i wykonają, choćby testy, jeśli potrzebują przekonać się o korzyściach takiej migracji.
Podsumowanie
Czy nazwiemy nowe podejście: „systemem projektowanym od zera”, czy: „architekturą systemu opartą na SOA i Ethernet”, jest tylko kwestią czasu, zanim stanie się ona dominująca. Zalety SOA-Ethernet są zbyt duże i sensowne jest dokonanie migracji jak najszybciej.
Główni producenci OEM mieli wiele możliwości przejścia na architekturę systemu SOA-Ethernet w przypadku elektrycznych pojazdów bateryjnych, gdyż wymagają one znacznych modernizacji w architekturze układu napędowego. Wydaje mi się, że bezwładność w tradycyjnych projektach utrudnia zmianę — zwłaszcza, gdy istnieje pilna potrzeba konkurowania z Teslą i innymi startupami tego sektora.
Być może producenci OEM są zajęci wprowadzaniem architektury SOA-Ethernet do swoich programów rozwojowych, ale dowiemy się o tym dopiero za rok lub dwa lata. W międzyczasie startupy dodają kolejne zalety do nowej architektury systemu, które uczynią je silniejszymi konkurentami.
Porównanie zmiany SOA-Ethernet w branży motoryzacyjnej z reformami, jakie spowodował iPhone w branży smartfonów może być naciągane. Wydaje się, jednak, że jest to podobnej klasy rewolucja na rynku, niemniej z uwagi na większą bezwładność tego sektora jej pełne wprowadzenie zajmie więcej czasu. Dobrze, że dyrektorzy głównych producentów OEM rozumieją wpływ nowej technologii; należy mieć nadzieję, że zwrócą większą uwagę na potencjalne zmiany wywołane przez architektury SOA-Ethernet i to, jakie oferuje to korzyści dla firm, które skorzystają z tego nowego, modnego rozwiązania.
https://www.eetimes.com/the-case-for-kicking-the-can-bus/
I tak Tesla udowodniła zalety startu od zera, podejmując się projektowania elektroniki, do czego wykorzystała architekturę systemu zorientowaną na oprogramowanie i opartą na aktualizacjach bezprzewodowych. Wszyscy rozumieją plusy zdalnych aktualizacji oprogramowania, a producenci OEM inwestują, aby wdrożyć oprogramowanie OTA. Muszą, jednakże zrobić znacznie więcej i zasadniczo zacząć od wyrzucenia za okno podręczników projektowania systemów samochodowych bazujących na ECU i CAN. Zamiast tego należy przejść na architekturę systemu elektronicznego opartą o Ethernet i korzystać z tak zwanej architektury zorientowanej na usługi (SOA) — im szybciej, tym lepiej. Można to, również nazwać: „czystą architekturą” systemu dla elektroniki samochodowej. Zmiana ta zajmie wiele lat, ale każdy nowy model powinien wykorzystywać powyższe ujęcie.
W poniższym artykule omówimy ten temat i przedstawimy kilka tez pokazujących, jak ważne jest to, aby główni producenci OEM przyjęli modę na zmianę architektury systemu. Kolejna tabela to podsumowanie tematów omówionych w systemie.
Czym jest architektura czystej karty?
Architektura czystego arkusza oznacza korzystanie z najlepszych dostępnych nowych technologii i ignorowanie starszych wersji systemu oraz ich ograniczeń i wad. To zawsze trudna decyzja projektowa, ponieważ nie będziesz korzystać z bazy doświadczeń w zakresie systemów, projektowania, łańcuchów dostaw, testowania, konserwacji, wiedzy o ludziach i z innych cennych infrastruktur.
Aby zastąpić istniejącą konstrukcję bazową konieczne jest opracowanie innego podłoża dla architektury, co zajmie dużo czasu. W związku z tym rozwój architektury czystej karty nastąpi przede wszystkim w przypadku nowych projektów samochodów. Wraz z przejściem na te pojazdy i wiele dopiero tworzonych projektów, jest to, więc dobry czas dla producentów OEM na dokonanie przeskoku na użyteczniejsze architektury systemów elektronicznych.
Istnieje zgodność, co do tego, jakie cechy powinna zawierać nowa architektura systemu samochodowego. Musi to być architektura zorientowana na oprogramowanie na wszystkich poziomach, zorganizowana wokół jednostek ECU. Oznacza to hierarchię platform oprogramowania wielokrotnego użytku, które są połączone za pomocą interfejsów programowania aplikacji (API) – i są systematycznie używane tam, gdzie to możliwe, w każdym ECU. Platforma oprogramowania połączona z interfejsem API jest synonimem architektury SOA. SOA jest intensywnie wykorzystywane w branży IT i w chmurze z uwagi na jej zalety. Jest to podstawa dla Amazon AWS, Azure i prawie wszystkich innych organizacji korzystających z platform chmurowych. Wiele zalet architektury SOA dotyczy systemów elektroniki samochodowej.
Ethernet to dobry wybór dla nowej architektury magistrali w elektronice samochodowej. Istnieje duża różnorodność wersji Ethernetu pod względem szybkości i właściwości fizycznych, a kolejne są w drodze. Te wybory powinny spełniać wszystkie wymagania motoryzacyjne i zazwyczaj zaoferować wiele korzyści, począwszy od szybkości i wagi, a skończywszy na kosztach — jeśli nie teraz, to w najbliższej przyszłości.
Główną zaletą Ethernetu jest lepsza charakterystyka wdrażania cyberbezpieczeństwa. Ponieważ we wszystkich przyszłych systemach samochodowych wymagane są wbudowane zabezpieczenia cybernetyczne i aktualizacje OTA, Ethernet jest tutaj doskonałym wyborem.
Problemy z architekturą magistrali CAN
Magistrala CAN jest podstawowym koniem roboczym dla przemysłu motoryzacyjnego od około 30 lat, ale obecnie możliwości Ethernetu znacznie przewyższają to, na co pozwala CAN. Wprowadzono wiele ulepszeń CAN z CAN-FD na czele, co zapewnia znaczące korzyści. CAN-FD został wydany w 2012 roku i jest dobrym rozwiązaniem krótkoterminowym, ale nie opcją długookresową. CAN-FD nie jest wystarczająco użyteczny, aby zachować zwyczajowo dominujący projekt CAN w przyszłych jednostkach systemowych.
Szybkość magistrali CAN jest mniejsza niż Ethernet. FlexRay można zastąpić, ale baza doświadczeń i przyszłe ulepszenia nie mogą konkurować z dynamiką Ethernetu. Wspomniano o słabościach cyberbezpieczeństwa, które będą coraz większą wadą.
Główną zaletą magistrali CAN jest ogromna baza doświadczeń i struktura wsparcia od części do ludzi. Te atuty ulegną dewaluacji w ciągu najbliższych kilku lat i tylko opóźnią to, co nieuniknione.
Zalety SOA i Ethernet
SOA definiuje sposób, w jaki platformy i komponenty oprogramowania komunikują się ze sobą za pomocą interfejsów API. Główną zaletą architektury SOA jest możliwość ponownego wykorzystania i współdziałania platform oprogramowania za pośrednictwem interfejsów usług. Te zalety stworzyły duży ekosystem SOA w branży High-Tech. Zalety SOA spowodowały wzrost liczby chipów, systemów i platform oprogramowania oraz umożliwiły szybki rozwój rozwiązań chmurowych, oraz SaaS. Branża motoryzacyjna już od dawna dostrzega korzyści płynące z wprowadzania SaaS i jednostek chmurowych opartych na architekturze SOA.
Rozwój sztucznej inteligencji opiera się, również na przyszłych ulepszeniach SOA i postępach technologicznych. Segmenty sztucznej inteligencji, takie jak uczenie maszynowe i sieci neuronowe etc., zwiększą swój wpływ na architekturę systemów motoryzacyjnych. Pojazdy autonomiczne są szczególnie zależne od wykorzystania AI i SOA w swoich wysokowydajnych systemach komputerowych.
Potencjał innowacji SOA-Ethernet
Mechanizmy SOA i Ethernet otrzymują ogromne inwestycje, co przekłada się na innowacyjność w wielu branżach, m.in. w przemyśle samochodowym w porównaniu z tym, co miało miejsce wcześniej, gdy wiele systemów z aut było zastrzeżone i używane wyłącznie względem rynku motoryzacyjnego.
Wielobranżowe inwestycje w systemy SOA-Ethernet przyniosą znaczne korzyści jednostkom systemów automatycznych, w tym oprogramowaniu, SaaS i platformom w chmurze. Podobne postępy i innowacje będą realizowane przez chipy obliczeniowe, chipy pamięci, czujniki i inne technologie stosowane w układach elektronicznych.
Producenci OEM korzystający z czystej architektury
Firmy korzystające z tej nowej architektury opartej na SOA i Ethernet to głównie startupy motoryzacyjne zajmujące się pojazdami elektrycznymi. Te podążyły za przykładem Tesli, a część z nich osiągnęła więcej, niż dotychczas wskazana marka, albowiem zaczęli później, mając więcej wersji Ethernetu i sprawniejsze ekosystemy dla SOA do wyboru.
Pojazdy autonomiczne, które opracowywane są przez mniejsze startupy, również używają architektury systemu SOA-Ethernet — przynajmniej dla swoich jednostek elektronicznych. Pytanie brzmi, kiedy tradycyjni producenci OEM pójdą w ich ślady i wykonają, choćby testy, jeśli potrzebują przekonać się o korzyściach takiej migracji.
Podsumowanie
Czy nazwiemy nowe podejście: „systemem projektowanym od zera”, czy: „architekturą systemu opartą na SOA i Ethernet”, jest tylko kwestią czasu, zanim stanie się ona dominująca. Zalety SOA-Ethernet są zbyt duże i sensowne jest dokonanie migracji jak najszybciej.
Główni producenci OEM mieli wiele możliwości przejścia na architekturę systemu SOA-Ethernet w przypadku elektrycznych pojazdów bateryjnych, gdyż wymagają one znacznych modernizacji w architekturze układu napędowego. Wydaje mi się, że bezwładność w tradycyjnych projektach utrudnia zmianę — zwłaszcza, gdy istnieje pilna potrzeba konkurowania z Teslą i innymi startupami tego sektora.
Być może producenci OEM są zajęci wprowadzaniem architektury SOA-Ethernet do swoich programów rozwojowych, ale dowiemy się o tym dopiero za rok lub dwa lata. W międzyczasie startupy dodają kolejne zalety do nowej architektury systemu, które uczynią je silniejszymi konkurentami.
Porównanie zmiany SOA-Ethernet w branży motoryzacyjnej z reformami, jakie spowodował iPhone w branży smartfonów może być naciągane. Wydaje się, jednak, że jest to podobnej klasy rewolucja na rynku, niemniej z uwagi na większą bezwładność tego sektora jej pełne wprowadzenie zajmie więcej czasu. Dobrze, że dyrektorzy głównych producentów OEM rozumieją wpływ nowej technologii; należy mieć nadzieję, że zwrócą większą uwagę na potencjalne zmiany wywołane przez architektury SOA-Ethernet i to, jakie oferuje to korzyści dla firm, które skorzystają z tego nowego, modnego rozwiązania.
https://www.eetimes.com/the-case-for-kicking-the-can-bus/
Fajne? Ranking DIY
