Automotive

Virtualisierte Electric Control Units mit Renesas R-Car realisieren

| Autor / Redakteur: Peter Fiedler * / Sebastian Gerstl

Renesas demonstriert seine jahrelangen Erfahrungen hinsichtlich Embedded- und Automotive-Anforderungen mit der 2015 erstmals erschienenen R-Car-Serie: Multi-Display-Lösungen, aber insbesondere auch Fahrerinformations- und Fahrassistenzsysteme (ADAS) profitieren von den gesteigerten 3-D-Grafikkapazitäten der speziell auf den Automobilmarkt abzielenden SoCs.
Renesas demonstriert seine jahrelangen Erfahrungen hinsichtlich Embedded- und Automotive-Anforderungen mit der 2015 erstmals erschienenen R-Car-Serie: Multi-Display-Lösungen, aber insbesondere auch Fahrerinformations- und Fahrassistenzsysteme (ADAS) profitieren von den gesteigerten 3-D-Grafikkapazitäten der speziell auf den Automobilmarkt abzielenden SoCs. (Bild: Renesas)

Mit dem technischen Fortschritt steigen die Anforderungen, die Steuerungseinheiten im Fahrzeug leisten müssen. Doch dürfen solche Steuergeräte ein gewisses Kosten- und Platzbudget nicht überschreiten. Die R-Car-SoCs von Renesas halten hierfür eine platz- und kostensparende Lösung parat.

Nach hundert Jahren individueller Motorisierung hat nun eine langsame, aber stetige Neudefinition von Mobilität begonnen. Das Auto wird nach dem Zuhause und dem Arbeitsplatz einer der zentralen Lebensräume im Alltag. Die Fahrzeuge sind miteinander oder mit der Infrastruktur vernetzt, um den Fahrer besser assistieren zu können; oder entwickeln sich gar immer mehr zu autonom fahrenden Systemen, bei denen der Passagier von den integrierten Kommunikations- und Infotainment-Lösungen profitieren kann. Die Zukunftsideen sind vielfältig.

Ein Grund hierfür ist, dass viele Steuergeräte im Fahrzeug heute das können, was noch vor zehn Jahren allein den PCs vorbehalten war. Mittlerweile bieten moderne Embedded-Prozessoren ausreichend Leistung für die meisten klassischen Anwendungen im Fahrzeug. Neue Funktionen wie Bildverarbeitung und natürlich wirkende Human-Machine-Interfaces (HMI) stellen hingegen immer höhere Anforderungen. Selbst scheinbar anspruchslosere Systeme wie ein Warntongenerator generieren durch neue HMI-Konzepte, wie die räumliche Ortung der Gefahrenquelle, technisch komplexe Anforderungen an bisher eher einfacheren ECUs (Electric Control Unit) wie Audioverstärker.

Bild- und Spracherkennungsalgorithmen setzen auf neuronale Netze und ‚deep learning‘, noch vor kurzem eine Domäne der Supercomputer. Es ist oft nicht einmal die reine Rechenleistung, die neue Konzepte erfordert, sondern die schiere Größe der gemeinsamen Datenbasen verschiedener ECUs. Für die gemeinsame Nutzung von Kamera- oder Mikrofondaten sind Netzwerke wie CAN nie entwickelt worden und Microcontroller mit ausschließlich integrierten Speichern sind schnell ausgelastet. Erweiterte Diagnosefunktionen leisten ein Übriges, dass einzelne ECUs eine relativ einfache Grundfunktion mit immer höherem Speicher- und Kommunikationsaufwand verbinden.

Andererseits wird es zunehmend schwieriger, Kostensenkungen im Halbleiterbereich durch reine Technologiefortschritte zu erreichen. Auch wenn Halbleiterhersteller wie Renesas mit dem R-Car eine weit skalierbare SoC-Familie (System-on-Chip) anbieten, sind gewisse Mindestkosten für eine einzelne ECU kaum zu unterschreiten. Schließlich braucht man immer ein Gehäuse mit Steckern, Stromversorgung und Platine. Um in Zukunft wie gewohnt mehr Funktionalität für das gleiche Geld zu erhalten, ist ein Umdenken nötig.

Die Wiederkehr der zentralen Server-ECU-Idee

Bild 1: Günstige ECU-Kosten dank gemeinsam genutzter Ressourcen
Bild 1: Günstige ECU-Kosten dank gemeinsam genutzter Ressourcen (Bild: Renesas)

Ein Lösungsansatz ist, standardisierte leistungsfähige Hardware zu entwickeln, auf der verschiedene Steuergeräte lediglich in Software abgebildet werden, also virtualisierte ECUs zu verwenden. Das erlaubt zum einen eine kostengünstigere Gesamtarchitektur, da ganze Geräte wegfallen können inklusive deren Verkabelung. Zum anderen sind solche Systeme viel einfacher um neue Funktionen zu erweitern. Ansatzweise wird das schon heute mit den zentralen Body-Steuergeräten realisiert, die verschiedene, auch optionale Funktionen in einer ECU integrieren.

Konsequent zu Ende gedacht kann auf einer ECU auch Software von verschiedenen Lieferanten für verschiedene Aufgaben laufen. Ein prominenter Vertreter einer solchen Konvergenz ist das Infotainment-System, welches das klassische Kombiinstrument integriert. Natürlich lassen sich die Ein- und Ausgabeeinheiten wie Bildschirme im Fahrzeug getrennt anordnen, sie werden aber nur von einer ECU angesteuert (Bild 1).

Diese Integration stellt eine Vielzahl neuer Fragen: Können klassische Lieferanten ihr Geschäftsmodell auf eine reine Softwarelösung umstellen? Wer trägt die Verantwortung für das integrierte Produkt? Und wie kapselt man diese virtuellen Geräte gegeneinander, um die verschiedenen Sicherheitsaspekte wie Safety und Security zu berücksichtigen?

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