Entwicklung von Kfz-Software Wechsel von OSEK zu AUTOSAR

Bild 1: Die AUTOSAR-ECU umfasst standardisierte Elemente, die mit BSW-Tools entwickelt wurden, sowie Softwarekomponenten für spezifische Anwendungen, wie die Kontrolle von Bremsen oder Türverriegelungen

Der De-facto-Standard AUTOSAR bietet für das Design und die Fertigung von Automobilen viele neue Funktions- und Einsparmöglichkeiten. Am Beispiel eines CAN-kompatiblen Gateway-Konzepts fürs Netzwerk-Management soll deutlich werden, wie sich bestehende OSEK-basierte Fahrzeugbusse weiterverwenden lassen.

Von einer Gruppe führender Automobil-OEMs und -zulieferer gemeinsam entwickelt und getragen, gewinnt AUTOSAR (AUTomotive Open System ARchitecture) zurzeit weltweit schnell an Akzeptanz. Diese Entwicklung hat verschiedene Gründe: Erstens ist die Gemeinde der Automobilentwickler allgemein recht pragmatisch. Sie akzeptiert, dass bei der Differenzierung zukünftiger Fahrzeugmarken und -modelle aufgrund der Kosten und Komplexität nicht mehr nur Hardwarekomponenten ausschlaggebend sein können. Die Elektronik macht heute bis zu 45% der Fahrzeugkosten aus und sie beruht zu einem Großteil auf Embedded-Code. In Zukunft könnte Software die Unterscheidung zwischen den Automobilplattformen ermöglichen, und AUTOSAR führt die Industrie in diese Richtung.

Zum Zweiten fördert die AUTOSAR-Umgebung die Standardisierung. Dieses Konzept verspricht, die in jeder ECU (Electronic Control Unit) enthalten Steuer-, Kommunikations- und Ein-/Ausgabefunktionen zu standardisieren und die Gewichtung in die Softwarekomponenten zu verlagern. Kostenbewusste Hersteller erhoffen sich, dass die heutige Vielfalt von ECUs – bei manchen Fahrzeugen gibt bis zu 80 in verschieden Arten – auf wesentlich weniger Standard-ECUs schrumpft, die mit spezifischer, AUTOSAR-kompatibler Software der Hersteller geladen werden können. Schließlich vereinfachen AUTOSAR-Standards die Instandhaltung und Aktualisierung von Plattformen, in die sie eingebettet sind. Dies ist ein wichtiger Aspekt bei der – für die Hersteller – lästigen und kostspieligen Gewährleistungspflicht.

OSEK im Kofferraum

AUTOSAR bezieht einige seiner Basis-Softwarekomponenten (BSW) aus einer etablierten Architektur, die als »OSEK/VDX« (Offene Systeme und deren Schnittstellen für die Elektronik in Kraftfahrzeugen/Vehicle Distributed eXecutive) bekannt ist. Diese Umgebung hat ihren Ursprung in den gemeinsamen Bemühungen von führenden europäischen Automobilherstellern und -zulieferern, Universitätsforschern und anderen interessierten Parteien. OSEK beinhaltet ein Betriebssystem, einen Kommunikations-Stack und Netzwerkmanagement-Protokolle, die alle mit dem Ziel entwickelt wurden, eine Standard-Softwarearchitektur für Automobil-ECUs zu erschaffen.

Wichtig ist, dass AUTOSAR bestimmte OSEK-Spezifikationen wiederverwendet. Das AUTOSAR-Betriebssystem hat zwar mehr Fähigkeiten, bleibt aber rückwärtskompatibel zu OSEK und anderen Vorgängern. Das Netzwerkmanagement (NM) unterscheidet sich jedoch deutlich. Folglich ist ein spezielles NM-Gateway erforderlich, das die Interoperabilität zwischen AUTOSAR-ECUs und älteren OSEK-basierten ECUs gewährleistet, die am selben Netzwerk hängen.

Die Leistungsfähigkeit des AUTOSAR-Konzepts beruht auf einem stackbasierten Softwaremodell. Das heißt, einer geschichteten Architektur, die konzeptionell dem OSI-Kommunikations-Stack der Telekommunikationsindustrie ähnelt. Bild 1 zeigt dieses Konzept in einfacher Form mit einem CAN-Netzwerkport. Die unteren Stacks sind das Resultat industrieweiter Standardisierungsbemühungen. Die proprietären Schichten erlauben es Entwicklern, sich auf spezifische und innovative Softwarekomponenten (SWC) zu konzentrieren. Das Layout verkörpert das Credo der AUTOSAR-Entwicklungspartnerschaft: »Kooperiere bei Standards – Konkurriere bei Implementierungen«. Das ist es, was AUTOSAR von seinen Vorgängern unterscheidet.

Die Softwaretopologie von AUTOSAR fördert eine Top-down-Designmethode. Anstatt ein Array mit einzelnen ECUs zu entwickeln, kann sich der Ingenieur auf die Systemsichtweise konzentrieren. Nahezu jede vorstellbare Funktionsanforderung lässt sich mit Softwarekomponenten realisieren, die in einer standardgemäßen, AUTOSAR-kompatiblen ECU integriert sind. Die SWC-Applikationen werden über die vor dem Kompilieren generierte Laufzeitumgebung verbunden. Die Architektur umfasst eine Fülle von generischen, als »Basic Software« (BSW) kategorisierten Softwareelementen. Die BSW-Komponenten beinhalten Treiber, die innerhalb eines bestimmten ECU-Typs für spezielle Mikroprozessor-Hardware konfiguriert sind.

Trotz aller Verheißungen ist der Standard immer noch in Arbeit, und viele Unternehmen verlassen sich – aus Kostengründen und aus Vorsicht – weiterhin auf gängige Technologien. Fürs Erste werden viele neue Fahrzeuge die Werkshallen weiterhin mit der gleichen, jahrelang genutzten Embedded-Softwareumgebung verlassen. Das bedeutet aber nicht, dass Designer es sich leisten können, den Wechsel auf AUTOSAR hinauszuzögern. Kompatible Geräte sind bereits auf dem Markt und neue Fahrzeuge enthalten einen Mix aus AUTOSAR- und OSEK-basierten ECUs. Das Ignorieren dieses Trends könnte das Risiko in sich bergen, hinter den Wettbewerb zurückzufallen und möglicherweise wichtige Kostenvorteile zu verpassen, wenn die Sache richtig in Fahrt kommt.