創新通訊協議讓實現軟體定義車輛更容易

作者 : Maurizio Di Paolo Emilio,EE Times歐洲特派記者

為了成功轉移至軟體定義車輛,必須要有一個平台,讓中介軟體──允許在不同分散式零組件之間通訊的軟體層──可用;該中介軟體必須展現可靠性、即時行為以及降低延遲等特性。

在汽車產業,新功能的導入傳統上是遵循以整合所需感測器與相關電控單元(ECU)為基礎的方法,但這會導致數個獨立系統的增生,帶來複雜度與成本的增加。

軟體定義車輛(software-defined car)的概念則與此形成對比,其目標是導入分散在數量有限處理器上的軟體,共享感測器與通訊網路,以實現像是自動駕駛、動力傳動、車身控制與資通訊娛樂系統等先進功能。

為了成功轉移至軟體定義車輛,必須要有一個平台,讓中介軟體(middleware)──允許在不同分散式零組件之間通訊的軟體層──可用;該中介軟體必須展現可靠性、即時行為(real-time behavior)以及降低延遲等特性。

最近TTTech Auto與ZettaScale兩家公司宣佈簽署了合作協議,將打造歐洲第一個通過ISO 26262 (ASIL D)認證、能用於一系列車輛的資料分散式服務(DDS);此合作案可說為軟體定義車輛的廣泛採用跨出了重要一步。

兩家公司合作的新產品命名為MotionWise Cyclone DDS,將確保在整車內進行安全與品質保證的即時通訊,支援售後軟體更新以延長車輛生命週期。DDS是由國際協會OMG (Object Management Group)標準化的中介軟體通訊協議,可提供低延遲通訊以及一套內建的服務品質(quality-of-service,QoS)策略。

藉由合作,ZettaScale的開放源碼Cyclone DDS網路協議,將與TTTech Auto的MotionWise平台結合,還有後者的時間敏感(time-sensitive)連網技術。

 

由左至右,TTTech Auto成長長Friedhelm Pickhard、TTTech Auto執行長Georg Kopetz、ZettaScale執行長 Angelo Corsaro、凌華科技(Adlink)董事長劉鈞、TTTech Auto技術長Stefan Poledna以及TTTech Auto財務長Harald Triplat

(來源:TTTech Auto)

 

MotionWise是一個為自動駕駛設計的安全性軟體平台,能處理不同的應用程式;每個應用程式都在自己的環境中執行。這能讓使用者打造一個安全的環境,讓具備不同安全性與即時需求的應用程式能共存與互動。

「我們正在提供一種軟體平台,能在ECU以外的車輛架構中編排應用程式;」TTTech Auto成長長(chief growth officer) Friedhelm Pickhard表示:「我們得確保每一個應用程式能滿足時間、性能與通訊需求,並且以確定性(deterministic)的方法。」

即時編排、確定性行為以及保證延遲(guaranteed latency)──無論系統負載如何──都是讓MotionWise軟體平台適合挑戰性應用的關鍵元素,像是自動駕駛。這意味著非常嚴格的制度,因為當應用程式偵測到一個物體,你必須確保能基於物理原因在一定時間內煞車,而且該軟體無法處理其他耗時的任務,以免導致應用程式以不可接受的延遲做出反應。

 

 

MotionWise允許不同ASIL安全等級的不同應用程式整合於同一個CPU

(來源:TTTech Auto)

 

如Pickhard指出:「有兩個方面需要考量。首先我們必須確保整個應用程式鏈在一定時間內執行與反應,不會被另一個應用程式阻擋;其次,我們得確保如果有一個新的應用程式被下載,這樣的行為將維持不變。」

這種特性相當重要,因為它簡化了每一次必須部署新應用程式時的軟體測試;要將像是MotionWise這樣的服務導向架構(service-oriented architecture,SOA)應用於車輛,會需要恰當的通訊堆疊。DDS是一種能滿足那些需求的技術,但必須要經過安全性認證。

「這就是我們正在與ZettaScale一起做的事情,」Pickhard表示:「將DDS與我們的核心技術一起帶進車輛,是真的改變了產業的遊戲規則,因為我們能享受所有的好處,又不必在安全方面有任何降級。」

ZettaScale是凌華科技(Adlink Technologies)旗下的獨立公司,目標是以其Cyclone DDS與Zenoh兩大核心技術,因應來自車用與機器人市場的需求。Zenoh是一個創新的通訊協議,旨在為動態資料、靜態資料(資料庫、檔案系統等)與運算提供統一且位置透明的抽象。

Zenoh的處理速率超過50 Gbps,延遲僅幾十微秒(microseconds);最小的線路開支(wire overhead)為5byte,能在不同類型的硬體架構上執行,從多核心處理器到微型微控制器。

ZettaScale Technology執行長Angelo Corsaro表示:「即時行為不一定只與時間尺度有關,也關乎真正的確定性,以及確保你有一個始終符合的時間表,因為如果你在一輛車子裡錯過了某個截止期限,你知道可能會有不好的事情發生。」

根據Corsaro的說法,汽車產業正在採用DDS,因為其他市場像是航空電子與軍用車輛,在過去已經成功採用,並實現高水準的模組化、可重配置性(reconfigurability),以及與真實世界的即時無縫整合。

「在DDS,我們的使用者很喜歡的一個東西是動態發現(dynamic discovery),」Corsaro表示:「當你的系統有部份故障,或是你想馬上加入一些東西並擴展能力,這是不可或缺的功能。這是你無法認證的東西,也不是在系統最關鍵部份需要的;不過在開發中以及系統較不關鍵的部份,這是一個改變遊戲規則的東西。」

使用者能在系統的非安全關鍵部份利用這種動態性,如果你需要測試一個分散式系統的軟體,又沒有動態發現,你會需要配置所有通訊端點;這是相當繁瑣且容易出錯的行動。而如果有動態發現,你能執行有一個節點、10個節點、50個節點甚至更多的相同系統。不需要改變配置中的任何東西,因為節點是自動被發現的。

「相較於其他技術,我們帶來的簡化之一是該DDS透過設計支援服務品質,」Corsaro表示:「藉由透過一組QoS策略描述服務品質,DDS截取並表達關鍵的非功能屬性(non-functional properties),並給予系統高度彈性。」

雖然SOA架構能讓使用者動態配置一個系統,但這與安全性需求是相互矛盾的;因為資源有限,必須確保安全相關的應用程式優先處理,以及它們在交付週期(lead time)內按照被定義的順序執行。

Pickhard表示:「我們一方面透過提供動態配置機制,來讓設計工程師的工作簡化;另一方面,我們確保藉由MotionWise讓安全相關應用程式具備確定性的行為。」

這是SOA的一個典範,一方面藉由降低複雜性減輕工程師的負擔,另一方面確保安全性與確定性。Pickhard補充指出:「下一步是以DDS贏得市場,使其成為車輛中SOA架構的高性能安全平台。」

 

本文同步刊登於《電子工程專輯》雜誌2022年11月號

編譯:Judith Cheng

(參考原文:New Pact Brings Us Closer to Software-Defined Cars,By Maurizio Di Paolo Emilio)

 

 

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