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Zentrale Automotive-Architektur

Das Auto als Bildschirm

Microchip
So sieht die von Microchip entwickelte Architektur aus: Der Bildschirm bzw. die Head Unit ist über Unshielded-Twisted-Pair-Ethernet-Kabel mit den Knoten verbunden. Im Zentrum steht der Bildschirm. Mit ihm sind über ein Kabel verschiedene Knoten verbunden. Jeder dieser Knoten steuert jeweils eine eigene Zone mit LEDs über das IseLED-Protokoll oder später auch über den ILaS-Bus.
© Microchip

Mit einer neuen Architektur, bei der ein zentrales Display verschiedene LED-Zonen steuert, will Microchip Kabelaufwand sparen und einfache Over-the-Air Updates ermöglichen.

Das Auto wird in Zukunft wie zu einem einzigen Bildschirm«, sagt Martin Miller, Associate Director von Microchip. Was damit gemeint ist, konnten sich die Besucher der diesjährigen IseLED-Konferenz in München ansehen, wo Microchip demonstriert hat, wie diese Architektur funktioniert: Im Zentrum steht der Bildschirm – in diesem Fall mit einem Raspberry Pi ausgestattet – der auch Head Unit genannt wird. Mit ihm sind über ein Unshielded-Twisted-Pair-Ethernet-Kabel verschiedene Knoten verbunden. Jeder dieser Knoten steuert jeweils eine eigene Zone mit LEDs. Switches gibt es in dem System nicht, was die Kosten senkt. Das ist aber nur einer der Vorteile dieser Architektur. Was besonders ins Gewicht fällt ist, dass sich Updates sehr einfach Over the Air durchführen lassen, eine der zentralen Forderungen für künftige Automotive-Systeme: Es genügt, die Updates in die Head Unit zu laden. Denn die Berechnungen finden nicht mehr in jedem einzelnen Knoten wie bisher statt, sondern zentral in der Head Unit.

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Martin Miller, Microchip: »Diese Architektur sprengt die Silo-Struktur im Auto, Over-the-Air Updates lassen sich so sehr einfach durchführen«.
© Microchip

Damit sprengt die neue Architektur die bisherige Silo-Struktur: Jede Zone – ob Frontlicht, Rücklicht, Ambient Licht oder was auch immer – musste bisher von einer eigenen MCU gesteuert werden. Es haben sich jeweils eigene Entwickler um ihre Königreiche gekümmert. Jetzt lassen sich die Zonengrenzen auflösen und von einem übergeordneten Standpunkt aus betrachten. »Denn die Head Unit hat die volle Kontrolle über jede einzelne LED«, sagt Miller. Damit fallen die vielen MCUs weg, jede einzelne Zone lässt sich beliebig definieren und es lassen sich eigene Szenarien abspielen. Doch wenn beispielsweise ein Alarm auftritt, dann können alle Zonen gemeinsam in den Alarm-Modus wechseln, um den Fahrer zu warnen oder auch Fußgänger außerhalb des Autos auf eine Gefahr aufmerksam machen. Das wäre bisher nur mit großem Aufwand möglich gewesen. »Unsere Architektur führt zu weniger Verkabelungsaufwand und damit niedrigeren Kosten, sie zeichnet sich durch hohe Datenübertragungsraten aus und ist deterministisch«, erklärt Stefan Kouba, European Marketing Manager der Automotive Products Group von Microchip. Martin Miller geht davon aus, dass diese neue Architektur aufgrund ihrer Vorteile schon in den Autos auftauchen könnte, die ab 2025 auf den Markt kommen.

Für den Nutzer hat dies den Vorteil, dass er die Lichtszenarien sehr einfach und übersichtlich über den zentralen Touch-Bildschirm steuern kann, was mit verschiedenen MCUs für jede Zone nur schwer zu realisieren wäre.

Die Daten werden mit einer Geschwindigkeit von 10 Mbit/s auf Basis von 10BASE-T1S zu den Knoten übertragen. Wegen der Übertragung mit dem Ethernet-Standard werden die im Automotive-Bereich gestellten Anforderungen bezüglich der funktionalen Sicherheit und der Security abgedeckt. »10-Mbit/s-Ethernet hat den Vorteil, dass der Standard wie CAN eine Busstruktur aufweist«, erklärt Miller. Die Kommunikation über 100-Mbit/s-Ethernet ließe sich genauso realisieren. Sie wäre dann aber nur von Punkt zu Punkt möglich. Erforderlich wäre die hohe Geschwindigkeit allerdings nur in besonderen Fällen, etwa wenn künftig das Frontlicht aus einer Matrix aus 100.000 Pixeln angesteuert werden müsste. Das würde dann über eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung realisiert, der Rest der Zonen wäre über 10-Mbit/s-Ethernet verbunden. Das genügt für die überwiegende Zahl der Anwendungsfälle: Wenn man von 8 bis 12 bit pro IseLED und einer Update-Rate von 20 bis 50 Hz ausgeht, besteht bei 10 Mbit/s genügend Spielraum.

Die wesentlichen Bausteine von Microchip, auf denen die Architektur des Demonstrators basiert, sind die Mikrocontroller und die PHYs. Diese 10BASE-T1S-PHYs sind für den Einsatz im industriellen Umfeld bereits zertifiziert; Miller rechnet damit, dass die Automotive-Zertifizierung im kommenden Jahr erfolgen wird.

Jeder Knoten steuert die IseLEDs mit einer Datenübertragung von 2 Mbit/s und vollem Adressraum. Es könnten aber auch der LIN- und der CAN- oder demnächst auch der ILaS-Bus von Inova angeschlossen werden. Über den auf dem IseLED-Protokoll basierenden ILaS-Bus (IseLED Light and Sensor Network) könnten dann neben den IseLEDs auch Sensoren und Aktoren ins Netzwerk eingebunden werden. 


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