Adaptive AUTOSAR Design mit PREEvision
Anpassungsfähige Software, die mit C++ entwickelt wird und auf einem Linux-basierten POSIX OS läuft, High-Performance Computer und eine auf Services basierende Systemarchitektur: AUTOSAR Adaptive erweitert die AUTOSAR Plattform, um AUTOSAR für die Anforderungen der aktuellen Automotive-Trends fit zu machen. PREEvision hilft Ihnen, von den Vorteilen der AUTOSAR Adaptive Plattform zu profitieren und Ihre bestehenden AUTOSAR Systeme und Lösungen zukunftssicher zu machen.
Vorteile
- SOA als gemeinsame Basis für AUTOSAR Adaptive und Classic
- Modellierung kombinierter Systeme aus AUTOSAR Adaptive und Classic
- Dedizierte Benutzeroberfläche für das Adaptive-Design
- UML-basierte Klassen- und Zustandsdiagramme
- Unterstützung von Hochleistungsrechnern mit Mehrkern-Architekturen und Virtualisierung
- Import und Export verschiedener AUTOSAR-Dateien
Der Use Case
Adaptive AUTOSAR versus classic AUTOSAR
AUTOSAR Adaptive ist eine zusätzliche Plattform zu AUTOSAR Classic. Adaptive wird AUTOSAR Classic also nicht ersetzen. Neue Lösungen, die auf Adaptive AUTOSAR basieren, können zu bestehenden Architekturen in AUTOSAR Classic hinzugefügt werden.
Um die Stärken beider Plattformen nutzen zu können, werden gemischte Architekturen der Normalfall sein: AUTOSAR Classic ist für die eingebettete Hardware und Software der klassischen Fahrzeugdomänen optimiert. AUTOSAR Adaptive bietet die Flexibilität, die beispielsweise Car-to-Car- und Car-to-X-Kommunikation verlangt.
Updates und Upgrades
Einer der markantesten Unterschiede zu AUTOSAR Classic: AUTOSAR Adaptive hebt die Trennung zwischen Entwicklungszeit und Laufzeit auf.
Denn die aktuellen Trends in der Automobilbranche wie autonomes Fahren oder Car-to-X-Dienste verlangen die Flexibilität, die der Fahrer von seinem Smartphone kennt:
- Bugfixes und Stabilität durch Software-Updates Over-the-Air (OTA)
- Erweiterbarkeit der Funktionalität durch Applikationen
- Applikationen, die Dienste außerhalb des Fahrzeugs nutzen
Die AUTOSAR Adaptive Plattform erlaubt die Integration neuer Applikationen zu jedem beliebigen Zeitpunkt.
C++ und POSIX
C++ ist die Programmiersprache für AUTOSAR Adaptive und löst das in AUTOSAR Classic verwendete C ab. C++ ist für effiziente und komplexe Anwendungs- und Systemprogrammierung optimiert.
Adaptive Applikationen werden innerhalb von Prozessen ausgeführt, die von einem linux-basierten POSIX Betriebssystem gesteuert werden. Zur Liste der ausführbaren Einheiten können jederzeit Prozesse hinzugefügt oder entfernt werden, wenn das die Konfiguration des POSIX OS erlaubt.
Hochleistungsrechner
Während AUTOSAR Classic für tief eingebettete ECUs entwickelt wurde, ist AUTOSAR Adaptive für Hochleistungsrechner optimiert. Die von AUTOSAR Classic bekannte ECU heißt nun Maschine, unterstützt Multicore-Prozessoren und kann sich als virtuelle Maschine Hardware mit anderen teilen.
Als Kommunikationstechnologie kommt für AUTOSAR Adaptive ausschließlich Ethernet zum Einsatz, das mehr Bandbreite als die herkömmlichen Bustechnologien wie beispielsweise CAN bietet. Zusammengefasst: AUTOSAR Adaptive ist darauf ausgelegt, sowohl die wachsende Rechenleistung sowie schnellere Kommunikationstechnologien in Fahrzeugen zu nutzen.
Adaptive AUTOSAR Design mit PREEvision
PREEvision bietet zahlreiche Diagramme sowie eine dedizierte Benutzerschnittstelle, um ein auf AUTOSAR Adaptive basierendes Systemdesign zu modellieren.
Service- und Softwaredesign für Adaptive
Definition von Serviceschnittstellen
Um Software-Updates und die Integration von neuen Anwendungen in bestehende Systeme zu ermöglichen, basiert AUTOSAR Adaptive auf einem service-orientierten Ansatz. Anbieter und Konsumenten von Diensten können sich erkennen, ihre Dienste gegenseitig abonnieren und dann über Serviceschnittstellen Daten austauschen.
Die Definition dieser Serviceschnittstellen mit Methoden, Eigenschaften und Events ist eine der zentralen Aufgaben des Systemdesigns in AUTOSAR Adaptive. PREEvision bietet maßgeschneiderte Diagramme und Tabellen für die Definition der Serviceschnittstellen.
SOME/IP Interface Deployment
SOME/IP ist das exklusive Transportprotokoll für die Middleware in AUTOSAR Adaptive. Damit die Middleware Methoden-Calls erkennen oder Event-Informationen verschicken kann, werden die Serviceschnittstellen und ihre Elemente wie Methoden oder Events mit einer eindeutigen ID charakterisiert. PREEvision erstellt basierend auf diesen Einstellungen automatisch die Deployment-Artefakte.
SOME/IP Transformation
Die SOME/IP-Transformation oder -Serialisierung beschreibt die Codierung der Daten, die über Ethernet verschickt werden. In AUTOSAR Adaptive basiert diese Serialisierung entweder auf der Serviceinterface-Beschreibung und Standardwerten. Oder sie kann feingranular auf Ebene der Datentypen modelliert werden. PREEvision unterstützt beide Wege, um die Transformation zu definieren.
Adaptive Softwaredesign
Bei AUTOSAR Adaptive werden die Serviceschnittstellen mit Softwarekomponenten implementiert: Softwarekomponenten haben Ports, die mit den Serviceschnittstellen typisiert sind. Hier funktioniert AUTOSAR Adaptive ähnlich wie AUTOSAR Classic.
Kombinierte Modellierung
Um Softwarekomponenten von AUTOSAR Adaptive und AUTOSAR Classic miteinander zu verbinden, bietet PREEvision in Softwarediagrammen einen speziellen Adapter. Mit dem Portadapter können die Elemente einer Adaptive-Serviceschnittstelle und die einer Classic-Schnittstelle wie beispielsweise Sender-Receiver- oder Client-Server-Interfaces miteinander verbunden werden.
Adaptive Anwendungen
In PREEvision repräsentiert eine Adaptive-Anwendung für eine Applikationssoftware die Datei, die in die AUTOSAR Adaptive Plattform integriert wird. Anwendungsentwickler übergeben die Ergebnisse ihrer Arbeit als Adaptive Applikation an den Integrationsprozess. Die Adaptive Anwendung ist ein Set aus ausführbaren Dateien. Eine ausführbare Datei enthält die Softwarekomponenten, die die Applikation implementieren.
Netzwerk-Topologie und Machine Design
Design der Netzwerktopologie
PREEvision bietet ein Netzwerkdiagramm mit dem sich ein Ethernet-Netzwerk mit Maschinen und Switches erstellen lässt. Mittels Gateways können Ethernet-Netzwerke an bestehende Fahrzeug-Topologien angebunden werden.
Maschinen
Bei AUTOSAR Adaptive führen sogenannte Maschinen mit Mikroprozessoren die Software aus. Mehrkernprozessoren werden unterstützt. Hierzu werden beim Prozess-zu-Maschine-Mapping die Softwarekomponenten auf Prozessorkerne verteilt. Maschinen können Hochleistungscomputer (High-Performance Computer, HPC) sein, die die nötige Rechenleistung für komplexe Anwendungen liefern.
Mit PREEvision modellieren Anwender HPCs komfortabel grafisch in Diagrammen. Das schließt interne Busse, Switches und das Virtualisieren von Ausführungsumgebungen ein. Modellierte HPCs lassen sich einfach in bestehende Netzwerke integrieren, diese Architektur dient als Basis für das Kommunikationsdesign.
Ethernet Kommunikationsdesign
Serviceinstanziierung
Serviceinstanzen repräsentieren die Serviceschnittstellen auf der Kommunikationsebene. Zusammen mit den Instanzen erstellt PREEvision automatisch Ethernet-Cluster, VLANs, die Switch-Konfiguration und Netzwerkendpunkte.
Außerdem werden die Kommunikationspfade ermittelt. Die Konfiguration der Serviceinstanzen umfasst die Definition der Parameter für die Buskommunikation, das Transport Protokoll (TP) sowie Timing-Informationen für die Service Discovery.
Auch die IP-Adressen (IPv4- und IPv6-Adressen) müssen definiert werden, um anzuzeigen, wo der Server Methoden-Calls akzeptiert und wohin der Server Event-Nachrichten schickt.
Service Discovery
Um Services anzubieten oder vorhandene Services zu erkennen, werden Service-Discovery-Nachrichten zwischen Netzwerkknoten ausgetauscht. Die Konfiguration der Service Discovery ermöglicht die Kommunikation, mit der Anbieter ihre Dienste offerieren und Konsumenten diese Dienste finden und abonnieren können.
AUTOSAR Adaptive mit PREEvision modellieren
Die AUTOSAR Methodologie schreibt zwar keine Reihenfolge für die Modellierung vor, PREEvision schlägt dennoch einen Ablauf für die Erstellung und Vervollständigung eines kompletten AUTOSAR Adaptive Systems vor.
Der AUTOSAR Adaptive Explorer zeigt die jeweils relevanten Ausschnitte des Modells und fasst alle Tabellen und Editoren zusammen, die für den aktuellen Bearbeitungsschritt benötigt werden.
Der Explorer ermöglicht den schnellen Wechsel zwischen Abstraktionsebenen und Modellteilen, angefangen von der Servicedefinition über die Software und Hardware bis zur Kommunikation.
Deployment
Die Integration von Adaptiven Applikationen, Maschinen oder Serviceinstanzen in eine AUTOSAR Adaptive Plattform nennt sich Deployment. Das Deployment kann entweder während der Entwicklung erfolgen. Es kann aber auch während der Laufzeit des Gesamtsystems konfiguriert werden.
Diese Updates, Erweiterungen und Ergänzungen für laufende Systeme sind einer der wesentlichen Vorteile von AUTOSAR Adaptive verglichen mit der Classic Plattform. Alle Informationen für das Deployment einer Maschine oder einer Applikation werden in sogenannten Manifesten zusammengefasst.
Exportieren von Konfigurationsmanifesten
Die AUTOSAR Adaptive Plattform wird mit Hilfe von Manifesten konfiguriert. PREEvision ermöglicht den Export aller in AUTOSAR definierten Manifeste:
- Service Interface Description
Enthält eine oder mehrere Beschreibungen von Serviceschnittstellen inklusive der Datentypen, Umrechnungsmethoden und Einheiten. - Execution Manifest
Enthält die Informationenk, die benötigt werden um eine Applikation auf einer Adaptive-Plattform zu integrieren. - Machine Manifest
Enthält Maschinen-spezifische Konfigurationen, mit der sich eine Maschine unabhängig von Serviceinstanzen und -Applikationen in die Plattform integrieren lässt, beispielsweise Maschinen, Kerne oder Netzwerkendpunkte. - Service Instance Manifest
Dieses Manifest wird für die Integration während der Laufzeit verwendet. Es enthält die Serviceinstanzen, die Service-Discovery-Einstellungen, das Mapping der Serviceinstanzen zu Maschinen und optional das Mapping von Serviceinstanzen zu den Ports von Softwarekomponenten. - Adaptive Application Description
Dieses PREEvision-spezifische Format enthält die Inhalte aller von AUTOSAR definierter Manifeste in einer Datei.
| Format | Use Case | AUTOSAR Version |
Service Interface Description | Import/Export | 19-03 |
| Execution Manifest* | ||
| Machine Manifest* | ||
Service Instance Manifest* | ||
| Application Description | ||
| Custom | Export |
*Preliminary manifests
PREEvision erlaubt kundenspezifische Exporte; vorhandene Daten können per Import in ein PREEvision AUTOSAR Adaptive Modell integriert werden.
AUTOSAR Adaptive Toolchain
PREEvision ist Teil der Adaptive AUTOSAR Toolkette. PREEvision unterstützt das System- und Softwaredesign einschließlich der Deployments. Mit CANoe können Simulationen und Tests durchgeführt werden. Mit der DaVinci Adaptive Tool Suite lassen sich konkrete Anwendung für die AUTOSAR Adaptive Plattform entwickeln.
Know-How
FACHARTIKEL-HIGHLIGHT
Die Brücke zwischen AUTOSAR Classic und Adaptive Systemen
Serviceorientierte Softwarearchitekturen
Die Einführung von AUTOSAR Adaptive gelingt, wenn sich Hardware und Software, die auf AUTOSAR Adaptive basiert, mit den vorhandenen Systemteilen aus AUTOSAR Classic versteht. Das komplette System zu durchdringen, auch wenn die Umsetzung auf unterschiedlichen Plattformen basiert, ist eine der nächsten wichtigen Herausforderungen in der E/E Entwicklung. Serviceorientierte Architekturen können die Brücke zwischen den zwei Welten schlagen.
Erschienen in Elektronik automotive, Ausgabe 11/2019
VIDEO-HIGHLIGHT
Serviceorientierte Architekturen und Ethernet-Design
Automotive Ethernet ändert das Paradigma für den Aufbau von Kommunikationsarchitekturen: Statt einer signalorientierten Kommunikation bieten Steuergeräte Dienste hier serviceorientiert an. Sie werden über ein definiertes Protokoll im Netzwerk bereitgestellt und können dort genutzt werden.
Im Vortrag wird illustriert, was unter dem Begriff „Service“ zu verstehen ist, was serviceorientierte Architekturen auszeichnet und welche Folgen sie für das Entwickeln von verteilten Systemen haben. Am Beispiel von Vectors modellbasierter E/E-Entwicklungsumgebung PREEvision werden Design-Workflows für Ethernet-Kommunikation in AUTOSAR Classic und AUTOSAR Adaptive vorgestellt und erläutert.
Laufzeit 26:00 Minuten, veröffentlicht 5/2019
