Комплексное автомобильное ПО: стратегия развития

Комплексное автомобильное ПО: стратегия развития

Выпуск 20 (6719) от 15 октября 2020 г.
РУБРИКА: АВТОМОБИЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Повышение сложности современных и перспективных транспортных средств приводит к тому, что знания и опыт в области программного обеспечения становятся одной из ключевых компетенций. Растущее количество функциональных возможностей программного обеспечения, которые встраиваются в каждую новую модель автомобиля, требует от поставщиков комплектного оборудования и разработчиков ПО наращивать компетентность. Необходимой стратегией, позволяющей не отставать от стремительного развития ПО, вызванного спросом клиентов на подключенные автомобили, информационно-развлекательные системы, ориентированные на приложения, а также другие функции ADAS, становится разработка программных платформ.

На протяжении последних 50 лет автомобиль был одним из самых сложных продуктов в крупносерийном производстве. В нем сочеталось множество механических, электромеханических и электронных систем. Со временем, по мере развития электроники, происходила постепенная замена ряда механических и электромеханических систем на электронные. Эта тенденция продолжается. Каковы особенности ее дальнейшего развития? Какие стратегии лучше выбирать автопроизводителям и их многочисленным партнерам по цепочке поставок?

Сейчас складывается ситуация, означающая, что электронные системы автомобиля рано или поздно станут самой сложной электроникой в массово-поточном производстве. Возможно, эта точка уже достигнута. Да, суперкомпьютеры тоже обладают большей сложностью, но они не производятся десятками миллионов единиц в год.

Влияние стоимости автомобильной электроники на цену автомобилей быстро возросло – ​по-разному, в зависимости от класса машины. Многие специалисты утверждают, что в современном автомобиле так или иначе используется более 100 млн строк программного кода. Нет никаких сомнений в том, что доля автомобильной электроники и ПО в конечной цене транспортных средств будет расти и дальше, по мере расширения использования ADAS, средств обеспечения подключаемости к сетям и кибербезопасности, функций автоматизированного вождения и других функцио-нальных возможностей.

За последние два десятилетия автомобильное ПО проделало большой путь. В 1990-х гг. это было в основном встроенное программное обеспечение, управлявшее электроникой вождения и простыми развлекательными системами. Сложность ПО этих систем постоянно возрастала, но лишь немногие из них (если таковые вообще были) обладали размерами кода в диапазоне 1 млн строк. Автопроизводители и их поставщики первого уровня спокойно разрабатывали эти встроенные системы самостоятельно.

Ситуация существенно изменилась в конце 1990-х – ​начале 2000-х гг., когда функции и возможности информационно-развлекательных и встроенных навигационных систем расширились до такой степени, что это потребовало наличия операционных систем (ОС) для управления сложным ПО. Такие ОС автомобильной промышленности начали поставлять высокотехнологичные фирмы, специализирующиеся в области электроники и информационных технологий, – ​такие как QNX, Green Hills, Wind River, Microsoft и т. д. В последнее десятилетие в автомобильном ПО все большее значение приобретают ОС с открытыми исходными кодами, такие как Linux.


Жизненные этапы аппаратного обеспечения

Разумеется, автомобильное аппаратное и программное обеспечение серьезно различаются. Это наглядно видно на четырех этапах жизненного цикла – ​создания, изготовления, продаж и использования. На этапе создания аппаратного обеспечения определяется набор функций электроники. Наиболее важные компоненты поставляются микроэлектронной промышленностью. Перспективы развития и интеграции этих изделий кажутся безграничными. При этом экосистема аппаратного обеспечения становится все более критичной и включает в себя все необходимые системы и инструментальные средства разработки и проектирования. Все более важную роль в этой экосистеме играют процессорные платформы. Стоимость этапа создания исчисляется миллионами или десятками миллионов долларов.

Этап изготовления – ​самый дорогой из-за стоимости всех деталей аппаратного обеспечения электроники, сопутствующих и расходных материалов, услуг и т. п. К тому же существуют издержки управления цепочкой поставок и многое другое. В целом стоимость электронного оборудования составляет не самую большую часть от общей стоимости автомобиля, но она растет даже при снижении стоимости отдельных электронных деталей. Типичная стоимость всех электронных аппаратных систем (на этапе изготовления собственно машины) колеблется от 3 тыс. до 8 тыс. долл. – ​с более высокими значениями для автомобилей класса люкс.

Особенности этапа продаж аппаратного обеспечения во многом зависят от типа компонентов и систем. В большинстве случаев этот этап связан с поставщиками первого уровня, поставляющими автопроизводителям готовые электронные системы. Возможности аппаратного обеспечения оказывают все большее влияние на продажи самих автомобилей. Это косвенное влияние исходит от всех желательных функций, предоставляемых автомобильной электроникой. Перспективные возможности в основном связаны с ADAS, средствами кибербезопасности, функциями самостоятельного вождения.

Этап использования автомобилей обычно длится от 10 до 15 лет, а иногда и дольше. Такой длительный срок службы требует высокой надежности автомобильной электроники (в необновляемой или малообновляемой ее части), чтобы ограничить гарантийные и отзывные расходы OEM-производителей и поставщиков. Кроме того, этот этап предоставляет самые большие возможности поставщикам вторичного рынка – ​особенно после истечения гарантийных сроков.


Жизненные этапы программного обеспечения

Программное обеспечение является чисто цифровым, его характеристики сильно отличаются от характеристик аппаратного обеспечения. Но ПО, конечно, полностью зависит от связанного с ним оборудования.

Самая сложная и, как правило, самая дорогая часть жизненного цикла ПО – ​этап создания. Крупные проекты в области ПО имеют длительные сроки разработки, включая сложные процедуры тестирования, чтобы исправить как можно больше ошибок, пока это экономически целесообразно. Крупные программные платформы никогда не бывают свободны от ошибок, и новые ошибки обнаруживаются в течение всего срока службы ПО. Потребность в кибербезопасности, по существу, создала новый класс программных ошибок в завершенном коде – ​слабые с точки зрения кибербезопасности места, через которые хакеры могут проникнуть в аппаратные системы с различными негативными целями. Большинство автомобильных программистов, не будучи экспертами в области технологий кибербезопасности, не знают, как избежать кодовых последовательностей, представляющих собой легкую мишень для хакеров. Этот этап также нуждается в очень устойчивой, сильной экосистеме разработки новых программ и тестирования полученного ПО.

Этап «изготовления» ПО – ​это, по сути, загрузка программ в электронные системы автомобиля. Как правило, это наименее затратная стадия, потому что работа ПО на аппаратном обеспечении не связана с крупными расходами. Разнообразные платежи за использование ПО обычно соответствуют лишь небольшой части затрат на аппаратное обеспечение.

Этап продаж ПО варьируется в зависимости от сегмента и типа систем использования. В большинстве случаев этот этап также «зациклен» на поставщиках первого уровня автомобильной электроники.

Возможности ПО также оказывают растущее влияние на продажи автомобилей. Это косвенное влияние основано на том, насколько хорошо программное обеспечение реализует человеко-машинный интерфейс (HMI) и на степени удобства использования функций. Влияние удобства использования ПО распространяется на все перспективные функциональные возможности – ​подключаемость автомобиля, радиообновление ПО, ADAS и перспективные функции самостоятельного вождения. Плохое удобство использования ПО становится причиной негативных отзывов об автомобилях и снижает потенциал будущих продаж.

Как уже говорилось, этап использования автомобилей обычно длится от 10 до 15 лет и дольше. Такой длительный срок службы требует многочисленных исправлений программных ошибок. Для ограничения гарантийных и отзывных расходов OEM-производителей и поставщиков ПО необходимо снижать затраты на исправление программных ошибок и обновление ПО. В этом плане очень удобны технологии радиообновления. Кроме того, в рамках данного этапа все большее распространение получают сегменты SaaS и облачного ПО [1].


Программные платформы

Технология радиообновления ПО по беспроводной связи (OTA) была разработана фирмами, специализирующимися на электронике и информационных технологиях. Тем не менее продукты OTA становятся неотъемлемой частью бизнеса в области ПО для автомобилей. Это повышает важность управления ключевыми программными платформами OTA или контроля над ними, при этом ведущую роль здесь играют поставщики первого уровня.


Таблица

Ключевая информация по автомобильным программным платформам

Сегменты

Ключевая информация

Информация о программной платформе и примеры

Управляющая программа и операционная система (ОС)

• Управляющее ПО ЭБУ* автомобильной промышленности

• ОС в основном из высокотехнологичной промышленности

• ОС для управления вождением требует сертификации

• Платформа AUTOSAR**; переход от микроконтроллеров к ЭБУ

• Linux: AGL***, Android, GENIVI и др.

• QNX, Green Hills, Wind River

ОС гипервизора

• ОС для объединения информационно-развлекательных систем и систем безопасности (пример: информационно-развлекательный и резервный дисплей)

• Green Hills, QNX, Wind River и др.

• Сильный рост за счет доменных ECU

Системные сочетания приборов

• Преобладают поставщики первого уровня

• Становятся частью информационно-развлекательных систем

• Основные OEM-производители имеют собственные версии

• Часто используют такие ОС, как QNX или Green Hills

Телематические системы и услуги

• Автомобильное клиентское ПО и SaaS-платформа TSP

• Программные платформы TSP, поставщиков первого уровня или поставщиков комплектного оборудования (OEM)

• ОС высокотехнологичной промышленности

• Большинство программных платформ являются проприетарными

• OnStar, SiriusXM, Verizon, WirelessCar

• QNX – ​ведущая телематическая ОС

Информационно-развлекательные системы (головные устройства)

• Самая сложная система автоматического программного обеспечения

• Дисплей, музыка, навигация, приложения и HMI

• Добавление интеграции со смартфоном и VPA

• Требуется ОС, такая как версия QNX или Linux

• Системы на основе дисплея – ​самая большая категория в настоящее время

• Доминируют поставщики первого уровня, такие как: Harman, Panasonic, Bosch, Continental, Denso, Marelli, LG Electronics, Visteon

Интеграция приложений для смартфонов

• Растущий источник информационно-развлекательного и пользовательского контента

• Apple и Google становятся доминирующими

• Apple CarPlay, Android Auto

• MirrorLink, Smart Device Link, Baidu Carlife

Виртуальный частный помощник (VPA)

• Управление функциями через голосовой пользовательский интерфейс

• Доминируют Amazon, Apple и Google

• Amazon Alexa, Apple Sin

• Google Assistant и др.

Платформа радиообновления ПО (over-the-air, OTA)

• OEM-производители и производители первого уровня хотят контролировать OTA

• Встроенное клиентское ПО для обновлений

• Облачное SaaS для управления цепочкой поставок

• Появление OTA для управления жизненным циклом ПО

• OTA – ​неотъемлемая часть ПО

• Harman, Aptiv, Bosch, Lear, Continental

• QNX, Wind River, Airbiquity, Excelfore

• Создание и использование фазового фокуса: Aurora Labs

Кибербезопасность: SaaS и встраиваемое ПО

• OEM-производители и производители оборудования хотят контролировать кибербезопасность встроенного ПО

• Клиентское ПО для нескольких аппаратных систем

• Облачное SaaS для отслеживания автопарков

• Кибербезопасность – ​неотъемлемая часть ПО

• «Аргус», GuardKnox, Irdeto, Karamba

• Regulus, SafeRide, Trillium, Upstream

ЭБУ области кабины

• Интеграция: информационно-развлекательная система и приборная панель

• В основном на основе информационно-развлекательных программных платформ

• Начинают включать в себя функции OTA и кибербезопасности

• Построен на аппаратных платформах на базе SoC****

• Преобладают поставщики первого уровня

• Visteon & Aptiv – ​ведущие; другие входят на рынок

ADAS и ЭБУ для ADAS

• Многие функциональные блоки ADAS массово производятся

• Часто сочетается с аппаратным обеспечением на базе SoC

• Значение региональных NCAP***** возрастает

• Ожидается быстрое расширение возможностей ПО

• Появляются ЭБУ для ADAS

• Общепринятые уровни автоматизации****** – ​L0 и L1, появляются машины уровня L2, следующий уровень – ​L3

• Лидер в области ПО и SoC – Mobileye

• Стандарты ООН; идет освоение NCAP ЕС

• Поставщики первого уровня – ​поставщики систем для OEM-производителей

• Aptiv, Bosch, Continental, Harman, ZF и др.

Программные платформы для автономных транспортных средств

• Семейство множества взаимосвязанных платформ

• Становятся крупнейшим семейством программных платформ

• Доминирует высокотехнологичная промышленность

• Крупные OEM-производители должны иметь собственные версии платформ

• ОС, сочетание датчиков, виртуальный драйвер, дистанционное управление

• Предположительно десятки миллионов строк кода

• Waymo Driver, Aurora Driver, Baidu Apollo

• Cruise, Argo.ai, Mobileye, nVidia и др.

Краткие выводы по автомобильным платформам ПО

• Необходимо сосредоточиться на автомобильных платформах ПО

• Платформы ПО из высотехнологичного сектора, от поставщиков первого уровня, OEM-производителей

• Бизнес-модели переходят к услугам и SaaS

• OEM-производители хотят большего контроля над ПО

• OEM-производители должны наращивать свой опыт в области ПО

• Экономия затрат и доход от модернизации → OEM-производители


* ЭБУ – ​электронный блок управления.

** AUTOSAR – ​Архитектура открытых систем для автомобилей.

*** AGL – ​ОС Linux автомобильного класса.

**** SoC – ​«система-на-кристалле».

***** NCAP (New Car Assessment Programme) – ​программа оценки новых автомобилей (ЕС).

****** Уровни автоматизации транспортных средств – ​в зависимости от того, учитывается ли нулевой уровень (отсутствие автоматизации), насчитывается 5–6 уровней автоматизации, включая: первый уровень – ​системы помощи водителю; второй уровень – ​частичная автоматизация; третий уровень – ​условная автоматизация; четвертый уровень – ​высокая автоматизация (автомобиль может управляться человеком, но в этом нет особой необходимости: можно не смотреть на дорожную ситуацию, не держать руки на руле и т. п.); пятый уровень – ​полная автоматизация.


Ведущий поставщик OTA-решений – ​корпорация Harman (благодаря приобретению в 2015 г. фирм Red Bend и Symphony-Teleca). В сегмент OTA в 2017 г. вошла фирма Aptiv – ​также благодаря сделке поглощения компании Movimento. Несколько других поставщиков первого уровня также предоставляют возможности OTA за счет приобретения или сотрудничества с высокотехнологичными поставщиками средств ОТА. К этой категории относятся корпорации GM, Ford, BMW и Tesla. Вероятно, в будущем так поступят и другие поставщики комплектного оборудования (OEM). Обновления ПО Tesla осуществляются на основе платформы Harman. Tesla в настоящее время лидирует в области OTA и осуществляет более 10 основных обновлений ПО для своих блоков управления двигателем, не считая множества дополнительных обновлений для своей системы AutoPilot.

Некоторые автопроизводители разрабатывают собственные OTA-платформы, как правило, путем объединения собственных усилий и доступных технологий на уже существующих платформах OTA. Программная платформа Redbend OTA от Harman считается лидером в области удаленного обновления ПО для автомобилей.

Кроме того, появляются новые OTA-технологии, которые позиционируют OTA как управление жизненным циклом ПО с акцентом на этапы создания и использования. Это означает, что функциональность OTA интегрирована с платформами разработки ПО. Пример такого подхода – ​Aurora Labs. Стратегия заключается в том, чтобы позиционировать платформу OTA как инструмент прогнозирования ПО, помогающий выявлять и исправлять программные ошибки. Эта тенденция также превращает платформы OTA в сервисный бизнес [2].

Окончание статьи читайте в следующем выпуске.


1. Juliussen Egil. Automotive Software: Where Are We? EE Times magazine, August.24, 2020: https://www.eetimes.com/automotive-software-where-are-we/ 

2. Juliussen Egil. Complex Automotive Software: What’s Your Strategy? EE Times magazine, September 3, 2020: https://www.eetimes.com/complex-automotive-software-whats-your-strategy/#


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Выпуск 24/25 (6748/6749) от 23 декабря 2021 г. г.
Выпуск 23(6747) от 25 ноября 2021 г. г.
Выпуск 18(6742) от 16 сентября 2021 г. г.
Выпуск 17(6741) от 02 сентября 2021 г. г.